复合板材激光弯曲成形规律的研究

论文摘要

板材激光弯曲技术是近年来新兴的一种柔性成形方法，该工艺无需模具，无需外力，生产周期短。层状金属复合板各层金属保持了原有金属特性，同时又比单一材料的化学、物理、力学性能优越的多。近几十年来，金属层合板成为各国研发的新型材料。本文将激光弯曲技术与金属复合板材相结合，通过数值模拟的方法对成形原理和成形规律进行初步研究，对金属复合板材的弯曲成形规律提出进行初步探索。本文以热弹塑性理论和力学平衡理论为理论指导，建立三维瞬态热力耦合有限元模型，通过Abaqus有限元分析软件对金属复合板材(基体St14和增强体GH4169)激光弯曲成形进行数值模拟。利用热流密度加载复合板材，对成形过程的温度场和应力场进行了初步的研究。工艺条件不变，整体厚度不变，两种材料比例不同时横截面上的应力场和温度场分布不同。根据基体材料St14所占比例，判断上表面及下表面的温度。比较受热面不同时，弯曲成形过程的应力场和温度场的分布情况。采用高斯动态热源，利用Abaqus子程序控制热源连续移动，对金属复合板激光弯曲成形进行数值模拟，得到成形过程中的温度场、应力场和位移场并进行分析研究。对动态光源照射金属复合板的不同材料时得出的模拟结果进行分析比较。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 激光弯曲成形原理及其过程
• 1.2.1 激光弯曲成形的过程
• 1.2.2 激光弯曲成形机理
• 1.3 激光弯曲成形的特点
• 1.4 国内外的研究现状
• 1.4.1 国外研究现状
• 1.4.2 国内研究现状
• 1.5 本文的研究内容
• 1.6 本文的研究意义
• 第2章 板材激光弯曲成形理论研究及技术处理
• 2.1 有限元理论介绍
• 2.1.1 热力耦合有限元理论
• 2.1.2 弹塑性有限元基本方程
• 2.2 板材激光弯曲成形中的模型及关键参数的处理
• 2.2.1 模型处理
• 2.2.2 材料性能参数
• 2.2.3 热传导初始条件与边界条件的处理
• 2.2.4 动态激光热源的处理
• 2.2.5 板材吸收系数的确定
• 2.2.6 单元的选取
• 2.2.7 单元尺寸
• 2.2.8 时间步长的控制
• 2.3 生死单元法
• 2.4 Abaqus 的二次开发
• 2.5 本章小结
• 第3章 板材激光弯曲成形的温度场和应力场分析
• 3.1 几何模型建立
• 3.2 光源照射基层材料（St14）的模拟结果及分析
• 3.2.1 成形过程的温度场分析
• 3.2.2 成形过程的应力场分析
• 3.3 光源加载复合层材料（GH4169）的模拟结果及分析
• 3.3.1 成形过程的温度场分析
• 3.3.2 成形过程的应力场
• 3.4 本章小结
• 第4章 板材激光弯曲成形的一般规律的研究
• 4.1 数值模型的建立
• 4.1.1 模型几何尺寸的确定
• 4.1.2 对流放热系数的选择
• 4.1.3 单元类型及尺寸
• 4.1.4 激光工艺参数的选取
• 4.1.5 边界条件的确定
• 4.2 基体层材料（St14）受热时数值模拟结果及分析
• 4.2.1 成形过程的温度场分析
• 4.2.2 成形过程的应力场分析
• 4.2.3 成形过程的位移场分析
• 4.3 复合层材料（GH4169）受热时数值模拟结果及分析
• 4.3.1 成形过程的温度场分析
• 4.3.2 成形过程的应力场分析
• 4.3.3 成形过程的位移场分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者简介