典型孔結構激光沖擊強化殘余應力場特征及有限元分析*

羅懋鐘，曹子文，代軍義，周文龍，付雪松

（1.大連理工大學材料科學與工程學院，大連 116024；2.中國航空制造技術研究院高能束流加工技術重點實驗室，北京 100024）

直升機旋翼系統連接孔結構長期處于高頻交變載荷狀態，其疲勞性能是這類零件的關鍵質量評價標準。而針對該類孔結構的抗疲勞措施主要從減小微動磨損和引入壓應力場兩個角度開展研究。近年利用激光沖擊強化技術引入殘余應力層的方法，逐漸成為提高材料抗疲勞性能的主要手段之一。激光沖擊強化通過高能量密度、短脈沖的激光束照射金屬表層，產生高壓等離子體并快速膨脹，形成向材料內部傳播的沖擊波[1]。當沖擊波峰值超過材料動態屈服強度時，材料發生塑性變形，最終形成殘余壓應力場。為獲得最佳激光沖擊強化工藝參數，針對激光沖擊強化的有限元仿真研究逐漸增多[2-5]，但研究對象多是簡單平板試樣，而針對孔結構的激光沖擊強化有限元的研究甚少。實際上，針對孔結構的強化，激光沖擊強化具有明顯優勢[6]。孔結構的沖擊強化工藝有限元分析可大致分為兩類，一種是針對孔周表面的激光沖擊強化有限元分析[7-8]，但實際孔/螺栓接觸過程中，裂紋多萌生于孔壁，而通過孔周表面的激光沖擊強化難以在孔壁形成殘余壓應力場；另外一種是針對孔壁及倒角位置進行激光斜沖擊強化。已經有學者針對不同曲面的激光沖擊強化進行有限元仿真研究[9-10]，但……