金属板激光弯曲成形实验及数值模拟研究

论文摘要

激光弯曲成形是近年来提出的一种新型的金属板材柔性成形技术。该技术具有生产周期短,不需要外力和模具,柔性大,精度高等特点,在航空航天、造船和汽车等行业具有极大的应用潜力,其发展前景十分广阔。论文对金属板激光弯曲成形进行了实验研究及数值模拟研究。在实验研究中,分别进行了单因素实验、双因素实验和正交试验分析。通过对单因素和双因素实验结果的分析和讨论,得到成形参数对金属板弯曲角度的影响规律。利用正交试验分析方法,获得了影响最终弯曲角度的主要参数的主次关系,并得到了在实验范围内的一组最优参数。在数值模拟研究中,建立了金属板激光弯曲成形数值模型,进行了单次和二次激光扫描弯曲成形过程数值模拟。单次激光弯曲成形数值模拟结果与实验得到的规律相一致,模型具有实用价值;同时,模拟了成形过程中金属板的温度场、应力场、应变场的变化情况,对金属板激光弯曲成形机理进行了深入分析。二次激光扫描弯曲成形进行数值模拟结果表明,在足够长的冷却时间条件下,两次扫描弯曲成形过程类似,弯曲变形量最终值随扫描次数增加而增大,但第一次扫描得到的变形量较大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文选题背景及意义
• 1.2 板材激光弯曲成形国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究概况
• 1.2.2 国内研究概况
• 1.3 论文的主要研究内容
• 2 金属板激光弯曲成形基本理论
• 2.1 成形机理
• 2.1.1 温度梯度机理
• 2.1.2 屈曲机理
• 2.1.3 增厚机理
• 2.2 热弹塑性基本理论
• 2.2.1 传热学基本原理
• 2.2.2 材料的弹塑性性质
• 2.2.3 热弹塑性问题理论分析的假定
• 2.2.4 热弹塑性材料的本构关系
• 2.3 成形过程温度场及应力应变场分析
• 2.3.1 温度场分析的基本原理
• 2.3.2 应力应变场分析模型
• 3 金属板激光弯曲成形的实验研究
• 3.1 实验设备和实验方法
• 3.1.1 实验设备
• 3.1.2 实验方法
• 3.1.3 角度的测量
• 3.2 单因素实验及结果分析
• 3.2.1 单因素法实验参数的选择
• 3.2.2 激光功率对弯曲角度的影响分析
• 3.2.3 扫描速度对弯曲角度的影响分析
• 3.2.4 光斑直径对弯曲角度的影响分析
• 3.2.5 板材尺寸对弯曲角度的影响分析
• 3.3 双因素实验及结果分析
• 3.3.1 双因素法实验的参数选择
• 3.3.2 线能量密度对弯曲角度的影响分析
• 3.4 正交试验及结果分析
• 3.4.1 正交试验表建立
• 3.4.2 结果及分析
• 4 金属板激光弯曲成形过程数值模拟
• 4.1 热弹塑性成形过程的有限元模拟方法
• 4.1.1 有限元法简介
• 4.1.2 热弹塑性问题的有限元分析
• 4.1.3 有限元分析软件ANSYS 简介
• 4.2 金属板激光弯曲成形有限元模型建立
• 4.2.1 几何模型
• 4.2.2 单元选取
• 4.2.3 材料性能参数
• 4.2.4 动态激光源处理
• 4.3 单次扫描激光弯曲成形数值模拟
• 4.3.1 金属板激光弯曲的温度场分析
• 4.3.2 金属板激光弯曲的位移场分析
• 4.3.3 金属板激光弯曲的应变场分析
• 4.3.4 板料激光曲线弯曲的应力场分析
• 4.3.5 不同模拟参数对弯曲变形量的影响
• 4.4 多道次激光弯曲成形数值模拟
• 4.4.1 有限元模型建立
• 4.4.2 温度场分析
• 4.4.3 变形场分析
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间已发表的学术论文及参与科研项目