激光冲击强化技术的发展及应用

激光冲击强化(Laser shock processing简称LSP)又称激光喷丸,是一项新的表面强化处理技术。阐述了激光冲击强化技术的基本原理、激光表面强化处理的工艺优点和应用领域;介绍了国内外激光强化技术理论、工艺及设备的现状水平和实际应用情况;分析该技术在应用推广中亟待解决的设备研制、工艺改进等关键问题;提出了激光冲击处理技术目前需要解决的工艺问题,并对其未来的发展方向做了展望。     

浮动支撑摩擦片喷丸强化工艺研究

针对浮动支撑摩擦片疲劳断裂失效的问题,开展了浮动支撑摩擦片齿部喷丸强化工艺选择和强化机理研究,创新性地提出了一种浮动摩擦片的喷丸工艺选择方法,该方法可快速筛选摩擦片的最佳喷丸强化工艺;同时利用粗糙度仪、X射线应力仪、显微硬度计等分析了喷丸强化对摩擦片齿部表面粗糙度、表面残余应力分布以及表面硬化的影响作用,探讨了喷丸强化对摩擦片齿部疲劳抗力的作用机制.台架试验结果表明:最佳喷丸工艺参数下,浮动支撑摩擦片喷丸强化处理后能够显著提高其疲劳抗力,台架疲劳断裂寿命提高了54%以上.     

超声冲击对7A05铝合金焊接接头性能的影响

对7A05铝合金采用双丝MIG焊接工艺得到的焊接接头进行超声冲击处理,并从焊趾处应变与应力、抗拉强度、疲劳寿命和疲劳断口扫描等方面对经过超声冲击处理和未经超声冲击处理的试样进行对比研究。研究结果显示,经过超声冲击处理的试样,焊趾处拉应力减小,抗拉强度增大,平均疲劳寿命变长。疲劳断口扫描显示冲击后材料在断裂前发生明显的塑性变形。     

超声冲击改善焊接接头疲劳性能的研究进展

概述了超声冲击对焊接接头疲劳性能影响的国内外研究进展。超声冲击处理可以减小焊趾处的应力集中,改善焊接残余应力,细化晶粒,提高焊接接头的疲劳性能等。采用超声冲击方法提高焊接接头的疲劳性能具有重要的研究意义。此外,分析了目前超声冲击对焊接接头疲劳性能和疲劳寿命影响研究的不足之处以及今后的研究趋势。     

超声冲击改善焊接接头疲劳性能的研究进展

概述了超声冲击对焊接接头疲劳性能影响的国内外研究进展。超声冲击处理可以减小焊趾处的应力集中,改善焊接残余应力,细化晶粒,提高焊接接头的疲劳性能等。采用超声冲击方法提高焊接接头的疲劳性能具有重要的研究意义。此外,分析了目前超声冲击对焊接接头疲劳性能和疲劳寿命影响研究的不足之处以及今后的研究趋势。     

超声冲击对20Cr2Ni4A渗碳齿轮钢接触疲劳寿命的影响

利用ZJ-II型超声波冲击设备对20Cr2Ni4A渗碳齿轮钢进行超声冲击处理,对比研究超声冲击前后试样的接触疲劳寿命、残余应力和显微硬度随层深的变化情况。结果表明:经过超声冲击强化后,渗碳齿轮钢的接触疲劳寿命有较大幅度的提高。主要原因是晶粒细化和位错增殖抑制疲劳裂纹源的萌生,残余应力显著增加、表面硬度大幅度提高降低疲劳裂纹拓展的速率,从而使其接触疲劳性能得到显著提升。     

激光冲击强化钢的残余应力数学建模分析

为分析钢在激光冲击强化后的残余应力，以SAPH420结构钢为例，进行激光冲击强化处理。用有限元和无限元结合构建钢残余应力的有限元模型，计算残余应力。结果表明：激光冲击的光斑搭接率为75%时，压应力约为814 MPa，激光冲击时间为3 500 ns时，内能、塑性能及弹性能分别约为65、60、10 mJ，激光冲击强化后钢表面平均硬度为350HV_0.2，屈服强度和抗拉强度分别超过587.3 MPa和594.4 MPa，疲劳性能提升，残余应力影响的最大深度为0.35 mm，有利于提升钢的使用寿命。     

外物损伤对叶片振动疲劳裂纹扩展性能的影响

为研究外物损伤(FOD)对航空发动机叶片的疲劳裂纹扩展影响,基于落锤冲击试验系统,在不同冲击能量下进行TC4钛合金试件的FOD模拟试验及振动疲劳试验,获得损伤试件的裂纹长度与疲劳寿命的关系,并拟合疲劳断口裂纹形貌参数,建立疲劳裂纹扩展寿命预测计算模型。研究结果表明：损伤缺口的深度和宽度随冲击能量的减小而非线性的减小。当冲击能量较大时,试件的疲劳裂纹先沿弯曲微裂纹扩展,后沿直线扩展;当冲击能量较小时,试件疲劳裂纹保持直线扩展。裂纹的萌生寿命与冲击能量、应力水平二者相关。     

铝合金激光表面熔化处理

对铝合金(ZL104)激光表面熔化处理的工艺参数进行了分析和确定,对熔化层的金相组织进行了理论分析,测试了处理前后表面硬度的变化,并进行了磨损试验,结果表明,经激光表面熔化处理的表面层组织明显细化,耐磨性能成倍增加。     

基于正弦扫频振动试验的某型车辆点火线圈支架疲劳分析

为了较准确、快速地估计结构件等的疲劳寿命,研究了基于正弦扫频的强化激振试验方法。该方法在结构材料S-N曲线未知的情况下,可以通过结构危险点处的振动自功率谱密度和扫频参数快速估算出结构的疲劳寿命。应用此法,对某型车辆的点火线圈支架进行了试验,结果表明:正弦扫频强化激振时长在1 h左右,支架即出现寿命缺陷。对点火线圈支架结构进行了计算改进,可使其疲劳耐久性试验时长增加到20 h以上。     

基于蒙特卡洛模拟的身管疲劳寿命加速试验与分析

为解决身管疲劳寿命试验时间长、费用高等问题,提出对身管进行加速寿命试验。基于蒙特卡洛方法对身管疲劳寿命的加速试验进行模拟,得到身管疲劳寿命的分布规律,同时对加速试验的基本假设进行验证,并估计出加速模型的参数。研究表明,身管的疲劳寿命在不同加速应力水平下均服从对数正态分布,加速因子与应力水平呈指数关系,通过加速模型估计的正常应力水平下身管疲劳寿命值与试验值之间的误差较小,验证了身管疲劳寿命加速试验的可行性。该研究为今后开展身管疲劳寿命的加速试验以估计身管疲劳寿命提供了一种理论方法。     

基于概率功能度量的疲劳可靠寿命分析方法

在分析疲劳寿命工程常用预计方法的基础上,引入功能度量法,建立疲劳可靠寿命模型,提出可靠寿命计算、灵敏度分析方法。该方法将可靠寿命的计算问题转换为一个球面约束的优化问题,只需进行一次概率功能度量的求解即可获得可靠寿命;利用计算过程的中间量,导出了可靠寿命对随机变量均值、标准差以及确定量的灵敏度计算公式。通过对某型车辆扭力轴的可靠寿命分析,证明基于概率功能度量的疲劳可靠寿命预计方法具有较好的效率和精度,灵敏度结果有效地反映出各变量对疲劳可靠寿命的影响程度。     

基于故障机理与随机线性模型的电子产品寿命预测

为解决传统可靠性评估方法存在的局限性以及普通线性模型在描述产品退化过程中存在的不足,提出一 种基于故障机理与随机线性退化模型的寿命预测方法。对产品的故障模式及机理进行研究,运用随机线性模型对产 品的关键性能特征参数进行建模分析,采用极大似然估计的方法求解模型中的未知参数,并对产品的寿命与可靠性 进行预测。实验结果表明：该方法具有较好的预测精度和一定的小样本处理能力,对电子产品的寿命与可靠性预测 具有一定的参考意义。     

基于条件深度循环生成对抗网络和动作探索的行星轮轴承剩余寿命预测

为解决小样本和变工况下行星轮轴承剩余寿命预测准确率低的问题,提出一种基于条件深度循环生成对抗网络(C-DRGAN)和动作探索(AD)的行星轮轴承剩余寿命预测方法。将门控循环单元神经网络与条件生成对抗网络相结合,构建C-DRGAN,从非静态和非线性信号中提取故障特征,实现小样本和变工况下行星轮轴承的剩余寿命预测;采用基于AD的训练算法训练C-DRGAN,提高收敛速度,降低训练时间;根据训练后的C-DRGAN,利用多元线性回归分类器预测测试样本中行星轮轴承的剩余寿命。通过行星轮轴承加速疲劳寿命试验验证该方法的有效性。结果表明,该方法具有较强的非静态和非线性信号处理能力,并能在小样本情况下取得出色的行星轮轴承剩余寿命预测效果。     

机载预警雷达转台的疲劳寿命相似物理模型设计

为了用较低的费用检验机载预警雷达转台的疲劳寿命,需要设计与转台几何相似、体积较小、成本较低的物理模型,用物理模型代替原型进行疲劳寿命试验;分析了转台的受力和失效机理,建立了转台疲劳寿命相似物理模型的设计准则、外载荷施加准则,研究了相似物理模型设计准则、外载荷施加准则之间的相容性,解决了相似物理模型设计、 外载荷施加之间的矛盾,建立了机载预警雷达的转台疲劳寿命相似物理模型的设计方法.     

空降自行火炮着陆过程平衡肘等效疲劳寿命分析

某空降型自行火炮着陆过程有车体姿态倾斜履带轮率先着地情况的发生,为了确定这样一次着陆冲击过程对履带系统关键部件平衡肘的损伤影响程度,建立了整炮的虚拟样机模型,通过对整炮虚拟样机模型进行空投着陆仿真以及同等路面行驶仿真,分别得到平衡肘上的动载荷谱。建立了平衡肘的有限元模型,对于着陆冲击时载荷较大的工况,采用应变疲劳分析方法ε－N进行疲劳寿命分析,对于行驶时载荷较小的工况,采用应力疲劳分析方法 S－N进行疲劳寿命分析,通过对两种工况下平衡肘的疲劳寿命对比,计算得到这样一次着陆冲击对平衡肘的损伤影响相当于火炮在同等路面上行驶了936 km。计算结果可为火炮的可靠性评估提供依据。     

自动武器运动构件的疲劳寿命分析

本文针对自动武器中常见的运动构件疲劳破坏现象,对运动构件的疲劳寿命问题,进行了系统的理论与实验研究,提出了分析运动构件疲劳寿命的有效方法,并通过系统的试验测试,获得了目前自动武器运动构件中常用材料30CrMnMoTiA的疲劳寿命特性,建立了分析运动构件疲劳寿命所必需的基本数据。通过对实际运动构件疲劳破坏问题的分析应用,表明本文方法计算结果是准确、合理的,有实用性。     

多股螺旋弹簧疲劳寿命影响因素

多股螺旋弹簧（简称多股簧）是一种由多根钢丝螺旋绞绕成钢索而形成的圆柱螺旋弹簧,目前关于多股簧在疲劳失效领域的研究较少。针对多股簧疲劳失效的问题,以实际应用中的多股簧为研究对象,从多股簧钢丝断裂特征和多股簧几何参数对其疲劳寿命的影响进行分析研究。结果表明：钢丝表面缺陷是造成裂纹萌生降低疲劳寿命的主要原因,钢丝表面缺陷包括了钢丝表面的线纹、伤痕、凹坑等,此外钢丝材料内部的微孔洞以及微裂纹会加速裂纹的扩展,降低弹簧的疲劳寿命;其次是多股簧几何参数的影响,以最大振幅下的恢复力为变量,弹簧螺旋角对多股簧疲劳寿命的影响最大,弹簧旋绕比次之,钢索钢丝捻角最小。     

电弧喷涂修复曲轴多轴疲劳寿命计算

为了定量研究电弧喷涂修复后曲轴的疲劳寿命,对具有3Cr13 涂层的48MnV 材料进行 了拉伸实验,利用Baumel Jr. 和Seeger 提出的方法估算了该材料的循环疲劳特性参数,并将其应用 到电弧喷涂后修复曲轴的疲劳寿命评估计算中。通过动态仿真获取各连杆颈上的载荷,将其作为 曲轴的载荷,同时利用弹簧单元对主轴颈处的弹性支撑实际状况进行了模拟,相邻拐影响作为边界 条件,进行了有限元分析模拟。利用多轴损伤模型并分别采用正应变法、SWT-Bannantine、剪应变 法、Fatemi-Socie 法对曲轴的寿命进行了计算。对新的曲轴分别进行500 h、1 000 h、3 000 h 发动机 台架强化实验,然后将强化实验后的曲轴截成单拐并进行了单拐疲劳实验。实验结果与计算结果 吻合。     

一种驾束制导信息场参数的高速测试与处理方法

激光驾束制导是一种重要制导方式,制导仪激光信息场的质量直接影响导弹制导精度。为实现快速、直观地评价激光信息场质量,提出一种基于信息场光斑图像的快速测试与处理方法。在内外场快速搭建测试系统,并对系统进行标定;基于漫反射低照度瞬态成像原理,利用低照度相机拍摄制导仪激光束,得到直观的条纹状光斑图像;通过快速图像处理技术,计算光斑尺寸、光斑中心、条纹亮度等参数来评价制导仪光轴稳定性、信息场能量均匀性等技术指标。试验结果表明：该测试方法可得到激光信息场的条纹状图像,实现对制导仪性能的快速检测,测试精度1.8 mm,处理时间0.35 s.