金属薄板激光冲击成形性能研究

论文摘要

激光冲击成形是利用激光产生的冲击波使金属板料产生塑性变形的一种新型的板料塑性成形技术,是激光在金属板料成形领域新的应用。本文在分析了国内外激光冲击成形研究的基础上,利用有限元分析软件ABAQUS对金属薄板激光垂直冲击成形和斜冲击成形的成形性能进行了研究,并制作了金属板料激光冲击成形极限图;通过实验研究了激光冲击下铝合金板料的变形特性、影响板料变形大小的主要因素,为实现激光大面积冲击成形和优化激光冲击成形工艺参数提供了依据。本文主要工作和结果有以下几点:1.首次提出了金属板料激光冲击成形极限的研究,利用ABAQUS制作出了铝合金板料3003H16的激光冲击成形极限图;2.通过对成形深度、板料厚度、应变路径及应力分布分析,研究了激光参数、板料参数和边界条件对金属薄板激光冲击成形性能的影响;3.根据激光斜冲击成形的理论,建立了激光斜冲击成形的有限元模型,并分析了激光光束入射角度对板料深度方向最大变形量和偏向量的影响以及对板料成形性能的影响;4.实验研究了单点冲击下激光参数、板料参数以及边界条件等因素对铝合金板料激光冲击成形的影响。研究表明:当激光冲击波的压力大于板料动态屈服强度时,变形量随激光能量、光斑尺寸、凹模孔径的增大呈非线性递增;变形量随着冲击次数的增加而增大,但增加幅度逐渐减小;相同形状的板料尺寸越大变形量越小,圆形板料比方形板料有更好的成形性能;

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 金属板料激光冲击成形技术
• 1.2 激光冲击成形的国内外研究现状
• 1.3 激光冲击成形存在的问题
• 1.4 成形极限图的国内外研究现状
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第二章 激光冲击成形的理论分析
• 2.1 激光冲击波的形成
• 2.2 激光冲击波的两种物理模型
• 2.3 板料的激光冲击成形原理
• 2.4 激光冲击波的力学效应
• 2.4.1 激光冲击波压力分析计算
• 2.4.2 激光冲击波加载特征
• 2.4.3 激光冲击波施于金属板料的冲量
• 2.5 金属薄板激光冲击成形的运动方程
• 2.6 板料激光冲击成形的影响因素
• 2.7 本章小结
• 第三章 激光冲击板料成形性能的研究
• 3.1 激光冲击成形有限元模型的建立
• 3.1.1 有限元模型的建立
• 3.1.2 网格的划分和单元的选择
• 3.1.3 材料本构模型的选择及边界条件的处理
• 3.1.4 激光冲击波载荷设置
• 3.2 3003H16铝合金板的成形极限图的制作
• 3.2.1 激光冲击成形极限的提出
• 3.2.2 建立制作成形极限图的有限元模型
• 3.2.3 制作成形极限图的方法
• 3.3 激光冲击板料成形性能分析
• 3.3.1 激光能量对板料成形性能的影响
• 3.3.2 激光光斑直径对板料成形性能的影响
• 3.3.3 板料尺寸对板料成形的影响
• 3.3.4 不同凹模孔径对板料成形性能的影响
• 3.4 激光斜冲板料成形性能研究
• 3.4.1 激光斜冲的特性
• 3.4.2 激光斜冲有限元模型的建立
• 3.4.3 激光斜冲成形结果与分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 激光冲击成形的实验研究
• 4.1 实验设备
• 4.1.1 激光装置
• 4.1.2 数控工作台
• 4.1.3 计算机集成控制系统
• 4.1.4 试样的检测设备
• 4.1.5 实验模具及材料
• 4.1.6 试样的制备
• 4.2 铝合金板料单点激光冲击成形实验
• 4.2.1 激光能量对板料成形的影响
• 4.2.2 冲击次数对板料成形的影响
• 4.2.3 光斑直径对成形的影响
• 4.2.4 板料参数对成形的影响
• 4.2.5 边界条件对成形的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文