板材激光冲击成形研究

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板材激光冲击成形是利用高能激光冲击涂有涂层的金属板材表面,激光经约束层后被涂在金属表面的吸收层吸收引起等离子爆轰作用,从而引起冲击波使金属板材形成塑性变形的新型成形技术。本文在论述了激光冲击成形的发展情况、应用领域、应用前景等方面后,系统研究了激光冲击的成形理论、激光冲击的变形特点等。通过建立数学模型,推导了激光能量、激光脉冲宽度、板材约束条件、金属机械性能等参数与作用在板材表面的冲击波压力的数值关系,使用ABAQUS有限元软件对整个过程进行了模拟仿真,将仿真结果与可靠实验数据进行了比对,分析了差距原因,为优化激光冲击成形的工艺参数提供了一些依据,本文主要的工作和结果有如下几个方面:(1)论述了板材激光冲击的成形机理,列举了两种冲击模型,分析了激光冲击波的力学效应,包括推导了激光冲击波峰值压力以及分析了冲击波的加载特征;(2)分析了影响板材冲击成形的因素,包括激光功率密度、激光脉冲宽度、激光能量、光斑直径、板材参数;(3)在基础理论研究的基础上运用ABAQUS有限元软件分别对单点单次、单点两次以及多点成形过程进行了模拟仿真,通过仿真结果得出激光冲击板材的成形深度主要与激光能量呈非线性递增关系,当激光能量大于一定数值时金属板材发生破裂,而且板材的成形深度随着冲击次数的增加而加深,但是加深幅度减小,并且针对多点冲击成形过程中成形精度较低的现象提出了优化方案;(4)将仿真模拟结果与实验数据对比后发现模拟结果偏大,整体偏差不大,考虑原因可能是由于激光冲击波波峰压力估算偏大,或者激光冲击实验中由于其他原因造成激光能量损失等。
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