基于民用飞机结构零件腐蚀损伤条件下喷丸强化机理的研究

针对受到腐蚀疲劳和应力腐蚀的超硬铝合金飞机结构零件，在对损伤部位清理、打磨后形成复杂形状的表面，研究对其喷丸强化后残余应力的分布规律，特别是由于残余应力集中的存在导致残余应力沿构件表面方向的应力分布情况。在大量调研的基础上建立腐蚀损伤的飞机结构零件喷丸强化前的物理、几何模型，借助于VB语言程序产生弹丸的随机碰撞效果，采用ABAQUS三维有限元模拟软件对喷丸强化的机理进行研究，应用正交设计方法研究固定喷嘴方向喷丸（即弹丸相对于工件的喷射方向不变）及固定喷射角度喷丸（即弹丸始终垂直撞击受喷表面）两种方式下喷丸强度、覆盖率等工艺参数与残余应力场之间的关系，进行优化工艺参数的研究。参照民用飞机实际受载情况和腐蚀环境，研究经喷丸强化的零件抵抗再次腐蚀损伤的能力，建立腐蚀环境下喷丸强化零件强化质量评估体系。完善喷丸强化理论及飞机维修理论，为受腐蚀损伤的飞机结构零件的喷丸强化修理奠定理论基础。

喷丸技术已被证实能够有效应对构件受到的各种与应力相关的损伤，特别是在疲劳和腐蚀方面。本项目以飞机结构零件常用材料－7075铝合金为对象，研究飞机构件受到腐蚀产生缺口损伤之后对其进行喷丸处理的强化机理。按照实际喷丸时的弹丸分布情况，建立了随机弹丸流模型，并在此基础上重点研究了不同缺口几何特征下构件喷丸处理后产生的残余应力场沿构件深度方向及表面方向的分布情况，结果表明凹圆弧面上产生的残余应力值较大，而相同喷丸强度下采用不同的弹丸直径和弹丸速度可以得到不同的残余应力场，进而提出采用残余压应力分布图中压应力区的近似面积作为应力场判据的观点。在喷丸强化机理研究的基础上，结合飞机结构零件常见腐蚀缺口损伤形式，研究了不同喷丸工艺对构件疲劳寿命及抗腐蚀性能的影响，得出了改善构件疲劳寿命的有效喷丸处理方法，不仅能够将损伤构件的疲劳寿命恢复到损伤之前的水平，而且喷丸处理之后，构件的抗应力腐蚀及腐蚀疲劳的能力均得到了提高。综合研究结果，提出了喷丸强化的质量评估体系，为进一步开展相关研究奠定了基础。