脈沖激光沖擊成形的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、激光沖擊是一個(gè)復(fù)雜的瞬態(tài)過(guò)程，涉及到傳熱學(xué)、動(dòng)力學(xué)、材料科學(xué)、激光技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等多門(mén)學(xué)科。激光輻射到金屬靶材表面后，在極短的時(shí)間內(nèi)，激光的被吸收、等離子體的產(chǎn)生、等離子膨脹爆炸形成沖擊波、沖擊波的約束和沖擊載荷下板材的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程，以及激光沖擊波對(duì)材料的微觀組織的影響和材料的力學(xué)性能的變化等等諸多因素相互影響。本文通過(guò)對(duì)單脈沖激光沖擊板材的變形過(guò)程的推導(dǎo)分析，提出了激光沖擊板材的初速度分布假設(shè)，應(yīng)用等效恒載荷簡(jiǎn)化計(jì)算，建立了單脈沖激

2、光沖擊下板材的變形場(chǎng)理論解析模型，并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性，分析了激光沖擊的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程，研究了激光沖擊成形對(duì)材料主要性能的的影響。主要內(nèi)容如下： ⑴建立了激光沖擊成形變形場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型。建立了以周邊環(huán)形約束、中心區(qū)域受激光沖擊的板材變形分析模型，基于沖量定理，在沖擊加載區(qū)域，將沖擊瞬間的力作用轉(zhuǎn)化為板材發(fā)生塑性變形的初始動(dòng)量，根據(jù)板厚與約束圓周直徑的相對(duì)值，只考慮板材塑性變形的動(dòng)力學(xué)彎曲響應(yīng)。在激光沖擊成形中，將成形過(guò)程分為

3、兩個(gè)相，分別對(duì)兩個(gè)相的變形進(jìn)行了分析計(jì)算，在計(jì)算的過(guò)程中，引入等效載荷以簡(jiǎn)化計(jì)算。通過(guò)黃銅和TA2板材的激光沖擊成形實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性。 ⑵激光沖擊成形的數(shù)值模擬。建立了激光沖擊成形的數(shù)值仿真模型用于研究激光沖擊成形動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程和成形規(guī)律。模型采用顯式動(dòng)態(tài)分析，有效解決激光沖擊成形中載荷高、結(jié)構(gòu)響應(yīng)變化快的問(wèn)題，以提高激光沖擊成形預(yù)測(cè)的精確性。分析了激光沖擊成形中的瞬態(tài)響應(yīng)過(guò)程，主要包括板材的速度、位移、應(yīng)變以及應(yīng)變率的

4、空間和時(shí)間分布。 ⑶激光沖擊主要參數(shù)對(duì)沖擊成形影響的研究。研究了不同工藝參數(shù)和變形場(chǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。結(jié)合激光沖擊成形的理論與實(shí)驗(yàn)研究，總結(jié)了板材厚度、激光能量、板材屈服強(qiáng)度等主要參數(shù)對(duì)變形場(chǎng)的影響規(guī)律，改變了過(guò)去只依靠少量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果就對(duì)某單一影響因素進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法。掌握了這些規(guī)律，可以同時(shí)預(yù)測(cè)多個(gè)工藝參數(shù)對(duì)變形場(chǎng)的影響，也可以通過(guò)目標(biāo)變形來(lái)規(guī)劃激光沖擊工藝參數(shù)。 ⑷研究了激光沖擊成形處理對(duì)金屬材料性能的影響。研究了激光沖擊成