1 中国商飞上海飞机制造有限公司航空制造技术研究所，上海 201324
2 中国商飞上海飞机制造有限公司计量测试中心，上海 201324
采用脉冲激光器，开展了航空铝合金表面漆层去除试验，通过外观检查、光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、原位温度检测、力学性能检测和高周疲劳试验，研究了激光清洗工艺对航空铝合金组织、力学及疲劳性能的影响规律。结果表明：当激光功率和脉冲频率分别为80 W和100 kHz时，可去除铝合金表面环氧底漆涂层，但试样表面仍有漆层残余。当激光功率和脉冲频率分别达到500 W和500 kHz时，表面温度最高不超过115 ℃，未观察到明显的热影响区，材料表面10 μm深度范围内的组织出现部分烧蚀和熔化现象。激光清洗后，材料的硬度增加，并且随着激光功率、频率、能量密度的增加，硬度增幅逐渐减小。拉伸性能结果显示，激光清洗后的试样抗拉强度、屈服强度和延伸率较空白试样均略微下降。高周疲劳试验结果表明，与空白试样相比，激光清洗后的带漆试样的疲劳性能下降11.76%，这主要是激光清洗造成了表面粗糙度增加。经阳极氧化和喷漆处理后，激光清洗去漆不会进一步增加阳极氧化造成的疲劳损伤。
激光技术 激光清洗 航空铝合金 热影响区 力学性能 疲劳性能 中国激光
2024, 51(16): 1602205
1 中国航发成都发动机有限公司，四川 成都 610503
2 成都凯天电子股份有限公司，四川 成都 611730
采用激光修复技术和GH4169合金粉末，在GH738合金基材试块上制备激光成形修复件，对其进行固溶+双时效热处理。对试块进行了高温持久和高温低周疲劳性能试验，观察试样断口形貌并分析断裂机理。结果表明：激光修复GH4169/GH738合金的组织结合处冶金质量良好，呈现向外连续生长的柱状晶组织；在650 ℃、690 MPa下进行持久试验，修复试样晶界析出Laves相，导致裂纹的萌生，与晶界分离形成微观空洞，同时气孔促进了裂纹的扩展，为穿晶和沿晶的混合韧性断裂模式。在455 ℃下进行低周疲劳试验，发现疲劳裂纹源于表面和气孔，以河流状花样向中心扩散，拓展区存在疲劳辉纹，为解理和穿晶两种断裂模式。采用GH4169合金粉末修复可满足常规铸锻GH738合金性能要求。
合金 激光修复 高温持久性能 高温低周疲劳性能 断裂机理 GH4169 superalloy laser forming repair high temperature persistent properties high temperature low cycle fatigue properties fracture mechanism
1 山东高速建设管理集团有限公司, 济南 250002
2 山东高速工程检测有限公司, 济南 250002
3 山东高速济青中线公路有限公司, 潍坊 261599
4 东南大学土木工程学院, 南京 211189
利用足尺试验与有限元模型, 研究了采用聚氨酯(PU)材料制备的桥梁无缝伸缩缝的服役性能。首先, 制备了3种不同配合比的改性PU材料, 测试并对比了它们的初凝时间、拉伸强度、撕裂强度、硬度、路面附着力、吸水率、抗车辙及老化性能, 确定了最适用于桥梁无缝伸缩缝的最优PU配合比方案。然后, 采用所选的PU材料设计制作了4个足尺无缝伸缩缝试验件, 并建立了与之相匹配的有限元模型。最后, 通过对比分析试验实测与有限元计算结果, 表现出所设计的无缝伸缩缝在单轴拉伸/压缩、竖向变形及低周疲劳荷载工况下均能保持优异的服役性能。此外, 研究结果还表明在改性PU无缝伸缩缝与路面之间设置45°倾角可以显著改善受力状态, 避免接缝处早期开裂。
聚氨酯 无缝伸缩缝 足尺试验 疲劳性能 变形 有限元分析 polyurethane seamless expansion joint full-scale test fatigue property deformation finite element analysis
中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，四川 绵阳 621000
采用选区激光熔化（SLM）技术制备了三种高刚度镍钛合金点阵结构（带有Z轴增强支柱的体心立方结构-BCCZ、带有Z轴增强支柱的面心立方结构-FCCZ、带有Z轴增强支柱的面体心立方结构-FBCCZ），研究了结构类型和微观缺陷对疲劳性能的影响。试验结果显示：FBCCZ结构的疲劳性能最优，最大压缩应力为25 MPa时，实现107次加载循环；BCCZ和FCCZ结构的疲劳性能较差，最大压缩应力为15 MPa附近时，实现107次加载循环。分析结果表明：循环加载应力较大时，FBCCZ结构疲劳寿命最优，FCCZ 次之，BCCZ 最差，此时点阵结构的单胞类型对疲劳性能的影响显著，结构的变形程度和应力集中程度越小，疲劳性能越好。循环加载应力较小时，FCCZ 结构和 BCCZ 结构的疲劳寿命逐渐接近。此时单胞结构对疲劳性能的影响减弱，微观缺陷对疲劳性能的影响增强，试样中的孔洞缺陷在循环加载过程中将促进疲劳裂纹的萌生，降低疲劳性能。
激光技术 镍钛合金 点阵结构 疲劳性能 选区激光熔化 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2114009
1 中铁十九局集团第六工程有限公司，无锡 214028
2 江苏省建筑业企业技术中心，无锡 214028
3 江苏省装配式建筑绿色智慧制造及施工工程技术研究中心，无锡 214028
4 淮阴工学院道路桥梁与渡河工程系，淮安 223003
为研究纤维增强轻骨料混凝土抗疲劳性能，开展了恒应力循环压缩试验，对疲劳应力-应变响应进行了研究。试验采用质量分数为20%的粉煤灰和50%的粒化高炉矿渣部分替代水泥，变量为单掺或混掺不同掺量的钢纤维和聚乙烯醇（PVA）纤维。结果表明：随着循环加载次数的增加，钢纤维混凝土的宏观裂纹数量比PVA纤维混凝土多，试件的破坏形态表现为轻骨料的破裂和纤维的渐进拔出(钢纤维)或断裂(PVA纤维)；钢纤维混凝土的疲劳应变及残余应变均最大，而混杂纤维混凝土的最小；在同一应力水平下，混杂纤维混凝土的疲劳寿命最长，而钢纤维混凝土的最短；钢纤维混凝土的极限疲劳损伤高于PVA纤维混凝土和混杂纤维混凝土，且随最大应力水平的降低，该差异逐渐缩小。
轻骨料混凝土 粉煤灰 高炉矿渣 钢纤维 PVA纤维 抗疲劳性能 疲劳寿命 lightweight aggregate concrete fly ash blast furnace slag steel fiber PVA fiber fatigue resistance fatigue life
1 长沙理工大学交通运输工程学院, 长沙 410114
2 湖南省国盈公路物资有限公司, 长沙 410016
采用不同种类的纤维和尾矿砂制备环保型混杂纤维-尾矿砂工程水泥基复合材料(MFT-ECC)。以流动度和力学性能为指标, 通过正交试验优选了MFT-ECC中不同纤维的最优掺量; 通过四点弯曲疲劳试验, 对比了不同应力水平下各组ECC试件的疲劳性能; 利用扫描电子显微镜观测MFT-ECC的微观结构。结果表明: 当聚乙烯醇纤维、碳酸钙晶须、改性聚丙烯纤维的体积掺量分别为0.9%、0.8%、0.3%时, MFT-ECC的流动度和力学性能最优; 掺量优选后的MFT-ECC的疲劳性能最好, 其疲劳寿命随应力变化敏感性低, 与基准组相比, 不同应力水平下的强度折减系数分别提高了1.33%和6.56%; 尾矿砂的加入使ECC内部产生填充效应和堆积效应, 提高了材料的密实度。本研究为制备经济环保、性能优越的ECC材料提供了参考。
混杂纤维 尾矿砂 配合比优化 疲劳性能 微观结构 ECC ECC mixed fiber tailing sand ratio optimization fatigue performance microstructure
1 哈尔滨工业大学(深圳)机电工程与自动化学院，广东 深圳 518055
2 广东工业大学机电工程学院，广东 广州 510320
The double-sided laser shock peening (DSLSP) is proposed to overcome the surface treatment problem related to thin-walled parts with complex surfaces. DSLSP can induce symmetric local deformation on both sides of the workpiece. The symmetric deformation can ensure shape accuracy by forcing local deformation on two sides to eliminate each other. Besides, DSLSP induces compressive residual stress and refined grains on both sides of the workpiece, which contributes to excellent fatigue performance. Recently, DSLSP has attracted great research attention and plays an increasingly critical role in the fatigue life extension of thin-walled components. However, few summaries on DSLSP have been reported in the past several years. For a better understanding of DNLSP, this article summarizes its technical principle, physical mechanism, application, and other aspects, and prospects of its existing problems and development prospects.
激光冲击强化 双面激光冲击 形状控制 疲劳性能 double-sided laser shock peening simulation research shape control fatigue performance
1 桂林理工大学土木与建筑工程学院，广西 桂林 541004
2 广西智慧结构材料工程研究中心，广西 桂林 541004
3 广西柳州钢铁集团，广西 柳州 545000
碳纤维增强复合材料（CFRP）拉索强度高、重量轻且耐久性好，但长期处于潮湿服役环境下其锚固结构的可靠性存疑。为此对CFRP拉索进行了应力幅为200 MPa、应力上限为0.65极限强度的200万次疲劳循环试验，并令较低端的锚具放置于水环境中，在拉索两端内嵌光纤光栅测量轴向应变变化。结果表明：在循环荷载作用下，CFRP筋与锚固填料间产生微裂缝，锚具内部发生了应力重分布；水浸作用加快了锚具内的应力重分布，其规律分为两个阶段：第一阶段速率较大，主要集中在前50万次循环；第二阶段为50万次至200万次的循环，应力重分布逐渐平稳。研究的CFRP拉索安全通过了疲劳试验，但剩余强度降低了17%，说明水环境对CFRP拉索锚固结构耐久性造成的影响不可忽视。
光纤光学与光通信 碳纤维拉索锚固结构 水环境 疲劳性能 应力重分布 激光与光电子学进展
2022, 59(23): 2306001
1 贵州省公路建设养护集团有限公司, 贵阳 550000
2 苏交科集团股份有限公司, 南京 211112
为研究掺聚乙烯醇纤维水泥稳定碎石的疲劳性能, 首先根据聚乙烯醇纤维对水泥稳定碎石力学性能的影响规律, 确定纤维最佳掺量和长度。基于间接拉伸疲劳试验和Weibull分布, 对其疲劳寿命测试结果进行分析并建立疲劳方程。结果表明, 聚乙烯醇纤维最佳掺量和长度为0.06%（质量分数）和24 mm; 在最佳掺量和长度下, 与未掺加纤维的水泥稳定碎石材料相比, 聚乙烯醇纤维水泥稳定碎石的无侧限抗压强度提高约24%, 劈裂强度提高约26%; 对比不掺纤维的水稳碎石材料, 其疲劳寿命也呈显著优势, 当水泥用量为4%（质量分数）时, 掺聚乙烯醇纤维与不掺纤维水泥稳定碎石斜率b之比为0.94~0.99, 截距a之比为1.06~1.23。
水泥稳定碎石 聚乙烯醇纤维 纤维掺量 抗压强度 疲劳性能 cement stabilized crushed stone polyvinyl alcohol fiber fiber content compressive strength fatigue performance
1 上海飞机制造有限公司，上海 201324
2 上海市激光技术研究所，上海 200233
3 上海激光直接物标溯源工程技术研究中心，上海 200233
为研究激光直接物标标识技术（laser direct part marking，DPM）对铝合金2024力学性能的影响，对标识后的铝合金2024进行了标识深度测量、显微硬度检测、静力学拉伸和高周疲劳试验。研究结果表明：不同工艺参数下的标识深度相差很大，深度范围5.26～525.7 μm；在标识区域会形成重熔区，显微硬度51～62 HV，明显小于材料基体显微硬度值；标识深度会对铝合金2024的抗拉性能和疲劳性能造成影响，在一定标识深度下，标识后的铝合金2024的拉伸性能和疲劳性能满足材料的性能要求。
激光直接标识 铝合金2024 拉伸性能 疲劳性能 laser direct part marking aluminum alloy 2024 tensile properties fatigue properties
