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基于大光斑单次激光冲击半模精密成形研究

作　者: 任爱国
导　师: 张永康；姜银方
学　校: 江苏大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 激光技术 激光冲击半模成形 恒弹合金膜片 成形精度 反向塑性变形 数值模拟
分类号: TN249
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 58次
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内容摘要


本文在分析国内外激光冲击成形研究现状的基础上,提出了基于大光斑单次激光冲击的薄板半模精密成形方法和装置,并对恒弹合金3J53圆形膜片进行了激光冲击半模成形实验及有限元模拟基础性研究和创新性探索,所做工作主要有以下几点:1.分析了激光诱导冲击波的形成机理,给出了约束模式下冲击波峰值压力的计算公式,并探讨了适用于激光冲击这种高压、高应变率,绝热、常温状态下的材料本构关系及影响成形精度的主要因素。2.试验研究了恒弹合金膜片激光冲击半模精密成形方法,并利用逆向工程技术测得了成形后波纹膜片的轮廓,探讨了激光脉冲能量对成形精度的影响。结果表明:当激光脉冲能量较小时,膜片不能与凹模紧密贴合;当脉冲能量较大时,膜片局部区域产生了反向塑性变形,尤其在中心区域反向变形现象更为显著,严重影响了成形精度。3.通过理论分析得到了激光冲击半模成形过程中薄板的运动方程以及反向塑性变形产生的原因。在此基础上推导出最佳激光脉冲能量范围,在此范围内膜片能与凹模底部发生碰撞,但碰撞后不会产生反向塑性变形,成形精度提高。4.在试验的基础上,利用有限元分析软件ABAQUS对恒弹合金膜片激光冲击半模成形过程进行了数值模拟,并将模拟结果和试验结果进行对比,二者吻合较好。利用此软件还模拟了不同激光脉冲能量下膜片圆心节点的运动速度及相同脉冲能量下膜片不同区域的运动速度规律,弥补了现有试验条件检测系统之不足。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-20
  1.1 金属板料激光成形技术  10-14
    1.1.1 激光热应力成形  10-12
    1.1.2 激光喷丸成形  12-13
    1.1.3 激光冲击成形技术  13-14
  1.2 激光冲击成形技术国内外研究进展  14-16
    1.2.1 国外研究现状  14-15
    1.2.2 国内研究现状  15-16
  1.3 本课题研究的背景及意义  16-19
    1.3.1 研究的背景  16-17
    1.3.2 研究的意义  17-19
  1.4 本课题研究的内容  19-20
第二章 金属薄板激光冲击半模成形理论分析  20-34
  2.1 激光冲击波的形成机理  20-23
    2.1.1 靶材对激光能量的吸收  20-21
    2.1.2 靶材表面的气化  21
    2.1.3 等离子体形成激光冲击波  21-23
  2.2 激光冲击波的力学效应  23-26
    2.2.1 激光冲击波压力的分析与计算  23-24
    2.2.2 适于激光冲击成形本构关系的确立  24-26
  2.3 板料对激光冲击波的动态响应  26-29
    2.3.1 冲击过程中板料的状态方程  26-27
    2.3.2 板料动态屈服强度的确定  27-29
  2.4 激光冲击半模成形薄板运动方程  29-30
  2.5 激光冲击半模成形影响因素分析  30-33
  2.6 本章小结  33-34
第三章 大光斑单次激光冲击薄板半模精密成形试验研究  34-48
  3.1 激光冲击半模精密成形试验设备及试样制备  34-38
    3.1.1 试验装置和仪器  34-36
    3.1.2 试验材料与方法  36-38
  3.2 试验结果及其分析  38-44
    3.2.1 成形精度的表征  38-41
    3.2.2 恒弹合金波纹膜片成形轮廓测量方法  41-44
  3.3 波纹膜片反向塑性变形产生原因分析  44-45
  3.4 为提高膜片成形精度激光脉冲能量控制方法  45-46
  3.5 本章小结  46-48
第四章 恒弹合金膜片激光冲击半模成形数值模拟研究  48-64
  4.1 激光冲击半模成形有限元模拟研究的理论基础  48-49
  4.2 ABAQUS有限元分析软件简介  49-50
  4.3 激光冲击半模成形有限元模拟  50-55
    4.3.1 有限元模型的建立  50-51
    4.3.2 有限元网格的划分  51-52
    4.3.3 边界条件和接触类型的处理  52
    4.3.4 激光冲击波峰值压力及加载方式的选取  52-53
    4.3.5 求解时间的确定  53-55
  4.4 有限元模拟结果分析  55-61
    4.4.1 不同脉冲激光能量对成形精度的影响  55
    4.4.2 膜片不同区域变形量随时间变化关系曲线  55-57
    4.4.3 相同激光脉冲能量下，膜片不同区域的运动速度  57-59
    4.4.4 不同脉冲能量对运动速度的影响  59-61
  4.5 试验与模拟结果对比分析  61-62
  4.6 本章小结  62-64
第五章 总结与展望  64-66
  5.1 总结  64
  5.2 展望  64-66
参考文献  66-72
致谢  72-74
攻读硕士学位期间发表的论文与专利  74

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光的应用
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