激光半模冲击成形是利用激光诱导的高压冲击波作用于板料,板料在冲击波作用下在模具内发生横向和纵向塑性变形而精确复制模腔的形状。激光半模冲击成形技术作为一种全新的塑性快速精确成形技术,在航空、航天和汽车等领域具有广阔的应用前景。本文利用数值模拟和实验方法,主要以2024-T351铝合金为对象,首先分析了激光半模单点冲击成形中板料在激光冲击波作用下与模腔相互作用的过程,分析了其变形特点,揭示关键工艺参数对成形性能的影响规律,并研究了激光冲击成形中板材破裂的破坏过程和机理。随后讨论了激光半模多点渐进冲击成形的可行性和变形过程,本文的主要工作与结论如下:(1)建立激光半模冲击成形的有限元模型,利用ABAQUS/Explicit模块详细分析了板料的变形过程和成形机理、应变分布、成形速度、板料厚度变化、冲击波峰值压力和板料厚度等参数对成形形貌的影响,然后利用ABAQUS/Standard模块对板料卸载后的回弹变形和残余应力场进行了讨论。最后利用ABAQUS/Explicit实时观测了板料在高速、高应变率下的破坏过程,分析了其破坏的机制。模拟结果表明:板料贴合模具是一个动态连续的过程,具体可以分为五个不同的成形阶段;板料在光斑边缘处和凹模腔入口处均出现应力应变梯度;板料在变形过程中的成形速度达到614 m/s,触底模腔底部后向上反弹的速度为319 m/s;板料成形后在各处的厚度不一,厚度最大减薄量靠近凹模腔底部圆角处;增大冲击波峰值压力和减小板料厚度,可以增加板料与凹模腔底部贴合的区域,但较大冲击波峰值压力和较薄的板料可以在板料中心产生反弹现象;板料在冲击波压力和压边圈力卸载后,发生回弹变形,且板料中残余应力重新分布。板料在激光冲击下的破裂形式为拉胀破裂。(2)建立激光半模多点渐进冲击成形的有限元模型,综合利用ABAQUS/Explicit和ABAQUS/Standard模块对板料多点渐进成形的过程和可行性进行了分析,探讨了冲击区域、冲击顺序和凹模腔直径对成形形貌的影响。模拟结果表明:利用小光斑多位置可以实现板料大面积成形,且成形性能优于大光斑一次成形;冲击区域越多,板料成形的成形精度越高;交叉冲击板料可以获得较高的成形精度,但加工效率最低;凹模腔直径越小,板料的成形精度越高。(3)为了验证模拟结果的正确性,分别进行了激光半模单点和多点冲击成形实验,实验与模拟结果相一致,随后讨论了关键参数如冲击波压力、板厚等因素对板料成形形貌的影响;测量了板料成形后的厚度变化和表面残余应力。