摘要
2A12铝合金广泛应用于航空领域，其结构件在飞行器服役寿命内可能产生各种缺陷，而冲击凹坑则是其中典型的一种缺陷。缺陷部位往往会产生局部应力集中，是重要的疲劳断裂源。疲劳分析中对于凹坑等缺陷处的应力集中比较关注，而冲击凹坑处往往还存在着较大的局部残余应力和塑性应变，目前对这些因素的影响尚缺乏深入的认识。因此，深入研究2A12铝合金冲击凹坑缺陷局部残余应力的分布以及在交变载荷下的松弛规律，对于飞行器结构疲劳寿命评估具有重要的理论意义和工程应用价值。本文主要开展了以下研究工作： (1)为研究2A12铝合金冲击凹坑缺陷局部残余应力分布规律，采用有限元方法模拟了冲击凹坑的产生过程，并采用落锤试验制造不同冲击能量的冲击凹坑缺陷。通过比较相同冲击能量下理论和试验的凹坑深度，验证了有限元模型的有效性。 (2)探讨了现有的几种压痕法残余应力测量理论对非等轴残余应力的适用性，并提出修正模型。采用有限元方法模拟2A12铝合金等轴残余应力和非等轴残余应力的显微硬度压痕试验，获得Suresh模型、Yun-HeeLee模型和基于能量法的模型对于残余应力的计算误差，并在Yun-HeeLee模型中引入修正因子，提高了对非等轴残余应力的估算精度，通过压痕试验测量了2A12铝合金冲击凹坑缺陷底部和边缘处的残余应力，验证了有限元模拟的可靠性。 (3)采用有限元方法研究了2A12铝合金冲击凹坑缺陷局部残余应力在交变载荷作用下的松弛问题，考虑交变应力幅值、平均应力、应力比对残余应力松弛的影响。模拟结果发现残余应力松弛主要发生在第一个交变载荷循环内，并且残余应力随交变载荷幅值的增加呈现指数下降的趋势；交变载荷幅值不变时，凹坑底部残余应力松弛量随交变载荷平均值的增大而增大，凹坑边缘处残余应力松弛量随交变载荷平均值绝对值的增大而增大。 (4)参考低周疲劳试验标准，对含冲击凹坑缺陷2A12铝合金试验件进行低周疲劳加载试验，采用显微硬度压痕法测量冲击凹坑缺陷底部和边缘的残余应力随疲劳载荷变化的情况，并基于Morrow模型，推导出松弛量与应力幅值之间的关系。试验结果与有限元模拟结果吻合良好。
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