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受控激光喷丸强化诱导的残余应力场,能够抑制疲劳过程中的裂纹萌生和扩展,从而显著提高材料的抗疲劳性能。本文采用有限元分析的方法,针对激光喷丸诱导残余应力场的过程及其残余应力场下的疲劳裂纹扩展性能进行了初步研究。主要工作如下:分析了激光喷丸强化后材料表面完整性的变化对于疲劳裂纹萌生以及裂纹扩展的影响,根据表面完整性中各因素对疲劳性能的影响大小,重点分析了残余应力场下的疲劳裂纹扩展性能。在此基础上,采用有限元分析软件ABAQUS和MSC.Fatigue相结合,建立了激光喷丸强化后残余应力场下的疲劳性能分析方法,为进一步评估激光喷丸强化后的抗疲劳效果提供了有效方法。以ABAQUS软件为平台对激光喷丸强化过程进行建模,数值模拟了激光喷丸强化过程中的应力应变的动态变化过程,探讨高幅值冲击波压力加载下金属材料的力学响应及其诱导残余应力生成的机理,分析了喷丸后残余应力的大小和分布。利用单联中心孔疲劳试件的简化模型对静态加载以及不同工艺参数下的应力场进行了分析,为后续的疲劳裂纹扩展分析提供了应力分布结果。利用MSC.Fatigue软件中基于断裂力学的疲劳裂纹扩展分析模块,针对激光喷丸后残余应力场下的疲劳裂纹扩展特性进行了分析,探讨了激光喷丸强化提高材料抗疲劳性能的原因;利用Taguchi方法进行试验设计,以获得最大疲劳裂纹扩展寿命为目标,通过信噪比分析和方差分析确定了各因素对疲劳裂纹扩展寿命影响的显著性程度,从中筛选出较优的影响因子水平,对参数变化引起的残余应力以及疲劳裂纹扩展效果进行了评估,为激光喷丸强化后疲劳裂纹扩展性能预测提供了尝试性的方法。以6061-T6铝合金材料为研究对象,对激光喷丸强化后的残余应力和表面形貌等进行了实验研究,表明有限元分析结果较好的与实验结果符合,验证了激光喷丸强化有限元分析模型的有效性。