板料激光弯曲成形的温度场三维数值研究

板料激光弯曲成形是一种利用激光成形构件的柔性成形技术,以平板激光单次扫描成形的过程为研究对象,应用有限元分析软件ANSYS进行二次开发,对温度梯度机理下弯曲成形过程的温度场进行了系统的研究。建立了温度场的有限元分析模型,研究了给定技术参数下激光弯曲温度场的动态变化过程和温度场的分布,以及各技术参数对峰值温度和温度梯度的影响规律。     

激光弯曲成形数值模拟的研究进展

激光弯曲技术是最近十几年迅速发展起来的新型成形技术.它的基本原理可以归纳为:高能激光束扫描工件产生温度梯度极大的不均匀温度场,由此诱发的局部热应力超过了随温度变化的屈服应力,导致压缩塑性变形使得板料弯曲变形.通过调整激光工艺参数和扫描轨迹可以精确控制板料成形.数值模拟方法是目前解决问题的最佳手段.本文概要介绍了最近几年来有关激光弯曲成形的数学物理模型,并从激光热源模型、移动热源的模拟、边界条件的处理以及材料物性参数的处理等方面叙述了激光弯曲成形数值模拟的研究进展.文章最后对这一领域今后的发展提出了自己的看法.主要是建立真三维复杂曲面成形的数学物理模型,以及如何将多道扫描和曲线扫描数学化.(OE32)     

板料激光喷丸弯曲成形机制与技术

板料激光喷丸弯曲成形是一种新技术,为中厚板料弯曲成形提供全新的手段,为强激光在板料塑性成形领域的应用开辟了新方向.激光喷丸弯曲成形是利用冲击波诱导的残余应力实现板料弯曲成形,其成形的效果与激光工艺参数、板料几何参数及材料性能等因素有关.根据喷丸路径,把激光喷丸弯曲成形件分为V形件、柱面件、球面圆顶件等.分析了激光喷丸弯曲成形方法及成形装置.最后,介绍了激光喷丸弯曲成形的实际运用并分析了其潜在应用.     

304不锈钢板料激光热应力成形试验研究

通过改变激光功率、扫描速度、光斑直径、扫描次数及板料宽度对2 mm厚度的AISI304不锈钢板料进行激光热应力弯曲试验, 分析了各工艺参数对弯曲角度的影响规律, 对工件表面烧蚀情况进行评价, 并对板料金相组织进行观察分析。试验结果表明: 在试验参数范围内激光扫描次数、光斑直径、扫描速度和板料宽度对弯曲角度呈近似线性规律, 而激光功率对弯曲角度的影响不呈线性规律; 较大的面能量密度产生较大的弯曲角度。可通过工艺参数的合理组合在保证板料表面质量的前提下采用较大的面能量密度进行扫描以提高弯曲变形的效率。以上研究为精确控制板料激光弯曲成形奠定基础。     

能量因素对激光弯曲成形的影响

本文对金属薄板的激光弯曲成形进行了试验研究和数值模拟。试验采用2KW YAG激光器扫描纯铝薄板,完全在热应力作用下使金属板料发生弯曲。在不同激光功率、线能量和面能量条件下进行了激光弯曲成形试验,并建立了激光弯曲成形温度场的数学模型,对金属板料的三维瞬态温度场进行了模拟计算,在此基础上分析了变形温度和应变速度对板料屈服强度的影响及其相互之间的耦合关系,揭示了能量因素对材料温度特性、力学特性及弯曲角的影响特点。     

激光近净成形CBN磨具温度场仿真分析

为了探究激光近净成形CBN磨具实验时的温度场分布,用Simufac.Welding对其进行三维建模数值模拟。采用高斯面热源和圆柱体热源组合热源,综合考虑对流、热传导、相变潜热及热物性参数的影响,分析了不同工艺参数下温度场的分布规律,另外进行了实际测温,验证了温度场仿真的可靠性,最后根据剖面显微硬度值分析了激光近净成形加工的急热急冷特征。     

管材激光弯曲成形有限元工艺仿真及其机理研究

管材激光弯曲成形是一种柔性金属塑性成形方法,将连续的激光光斑简化为一间歇跳跃的方形面热源,并且考虑材料性能参数与温度的相关性,建立了管材激光弯曲成形的热-机耦合有限元工艺仿真模型。有限元仿真结果表明:同板料的激光弯曲成形一样,对应于加热和冷却阶段,管材的激光弯曲成形也分别经历反向弯曲和正向弯曲两个变形阶段,管材激光弯曲成形的内在机理是典型的温度梯度机理。     

多道次板料激光弯曲成形热力耦合有限元分析

板料激光弯曲成形是利用高能激光束照射材料表面进而诱发产生热应力使板料发生塑性变形的新技术,但实现一个较大角度的弯曲以满足实际工程要求则必须沿同一轨迹重复扫描。因此,深入研究多道次成形过程中板料的动态变化过程对于将该技术推向实用化具有重要意义。针对该特点,建立了多道次激光弯曲成形的三维热力耦合有限元模拟模型,研究了扫描过程中的温度、形变以及应力变化情况,并分析了能量密度对弯曲变形的影响规律,为多道次激光扫描工艺参数的优化和变形机理的研究提供依据。     

材料性能参数对板料激光弯曲成形的影响

板料激光变曲成形是通过激光扫描金属板料所导致的非均匀热应力使板料产生塑性变形,材料的性能参数（包括材料的力学性能与热物理性能）对激光弯曲成形的影响很大。本文在实验的基础上,建立了符合实际的三维热机耦合有限元分析模型,对板料激光弯曲成形过程进行了数值仿真,研究了材料性能参数,如弹性模量、屈服强度、热膨胀系数、比热及热传导系数等对成形的影响规律。     

激光冲压TC4钛板小曲率成形研究

利用激光冲击波技术对钛合金板料进行了成形实验,所采用的激光波长为1.064μm,脉宽约23ns,能量35J左右,有效光斑直径8mm,脉冲的重复率0.5Hz.并用ABAQUS软件对激光冲压TC4板料成形进行了仿真分析,探讨了激光参数、板料性能、约束边界、冲击路径等条件对板料小曲率成形的影响,获得了在激光连续冲击条件下,板料成形深度、成形轮廓与激光参数、约束边界条件和冲击路径之间的变化规律.通过此类激光冲击实验可优化激光冲击的相关参数,预测板料变形.     

板材激光加热弯曲成型的研究

建立了板材激光加热弯曲成型的温度场模型,利用有限元分析软件ANSYS编制了分析激光沿直线扫描板材的仿真软件,分析计算了板材在不同参数下的变形规律。计算结果表明,当其它参数不变的情况下,弯曲角度随着板厚的增加逐渐减少;随着板宽增加而增加;随着激光功率增加先增加后减少;随着光斑直径增大而减小;随着扫描速度的增加先增大后减小;板厚或激光扫描速度较大时板材将发生背向激光束方向的弯曲。并从理论上对板材的激光加热弯曲变形规律作了进一步的分析。     

板料三维激光成形研究

在分析影响激光成形的主要因素的基础上,充分考虑了材料性能参数与温度的相关性,建立了与实际情况相吻合的三维热机耦合模型,同时对激光热源进行了适当处理,通过一用户子程序实现了热载荷的自动加载,从而实现了三维激光成形过程的有限元仿真。分析了圆柱形件的成形过程,提出了三维激光成形中合理规划扫描路径和扫描顺序时的基本原则。     

激光填丝钎焊温度场数值模拟仿真研究

为提高车身顶板和侧板之间激光填丝钎焊的质量,研究钎焊热传导规律,建立了镀锌钢板卷边对接模型、CuSi3为钎料进行数值模拟仿真分析,考虑材料热物理属性、相变潜热以及热对流等问题的前提下采用双椭球激光热源模型进行热分析。探究了激光填丝钎焊温度随时间的变化规律,不同区域对温度的敏感程度以及不同功率下焊接熔池的温度场分布,为激光填丝钎焊提供了理论模型,对进一步探索钎焊成形质量具有推动作用。     

单次激光冲击下板料变形的理论分析

金属板料的激光冲击成形(LSF)技术是利用高能激光诱导的高幅冲击波的力效应，而非热效应。它是在激光冲击强化基础上拓展出的又一崭新的研究领域。根据爆轰波和爆炸气体动力学理论，建立了板料激光冲击成形中，激光-能量转换体-靶材系统的冲击波压力的物理模型和理论估算式。通过对激光冲击波载荷作用下板料变形过程的理论分析，建立激光冲击板料变形的数学模型，得到板料变形量与加工系统中各种参数之间的相互关系，为加工过程中各种参数的合理优化，板料变形过程的有效控制，实现大面积金属板料的激光冲击成形提供了理论依据。     

材料性能参数与板料激光弯曲成形角度的相关性研究

板料激光弯曲成形是一种柔性、无模成形新工艺，它通过激光扫描金属板料所导致的非均匀热应力使板料产生塑性变形。材料的性能参数(包括力学性能与热物理性能)对激光弯曲成形的影响很大，通过三维热机耦合有限元仿真研究了材料性能参数与板料激光弯曲角度之间的相关性，研究表明，小弹性模量、低屈服强度的材料容易产生大的弯曲变形。热膨胀系数与弯曲角度之间成正比关系，当热膨胀系数趋于零时，弯曲角度也趋于零。小的热传导系数有利于形成大的温度梯度，从而使板料产生大的弯曲变形；比热越小，加热区内材料的温升越大，使板料容易弯曲变形。     

不同激光热源模式下薄板弯曲特性数值模拟

利用非线性有限元分析软件,建立了纯铝薄板激光成形过程的三维弹塑性热力耦合有限元模型.选择等面积的圆形、方形、矩形1/4和矩形4/1光斑激光热源模式(矩形1/4和4/1表示激光光斑沿着光束扫描方向尺寸与垂直光束扫描方向尺寸的比例分别为1∶4和4∶1),对不同激光热源模式下的板材弯曲特性进行了数值模拟计算,并分析了各种热源模式作用下板材温度场、位移场和应力应变场的特点.结果表明,在扫描过程中,圆形光斑热源模式获得了最高的峰值温度和上下表面温度差;而矩形1/4激光热源模式获得了最大的高温区作用宽度.矩形1/4激光热源模式产生了最大的塑性区宽度及上下表面总塑性应变差,因此获得了最大的弯曲角,内部残余应力最低.     

激光切割钣金件时的工件变形分析方法

利用ANSYS有限元分析软件建立了适合激光切割钣金件的三维实体模型,介绍了钣金件在自身重力和激光切割热源共同作用下,进行切割时工件变形大小的计算方法.将激光切剖热源简化为高斯热源,运用APDL语言分析计算了激光切剖时实际工件的变形大小.     

激光冲击TA2板料变形的理论分析和实验研究

金属板料的激光冲击成形技术是利用高能激光诱导的高幅冲击波的力效应,而非热效应实现金属板料的塑性成形技术。对单次激光冲击下TA2板料的变形过程进行了理论分析,通过对激光冲击波载荷作用下板料变形过程的理论分析,建立了激光冲击板料变形的数学模型,得到了板料变形量与加工系统中各种参数之间的相互关系,为加工过程中各种参数的合理优化、板料变形过程的有效控制和实现大面积金属板料的激光冲击成形提供了理论依据。利用高功率钕玻璃激光冲击波装置,从影响板料变形的几个因素出发,选取了三种实验方案,对单次激光冲击下板料的理论变形量进行了实验验证。实验结果表明,依据本数学模型计算得到的理论变形量与实验实测数据较为接近,从而验证了用于计算单次激光冲击下板料变形理论的正确性和预测板料变形的实用性。     

中空激光冲击金属板料变形的数值模拟

为了研究中空激光参量对金属板料变形的影响,采用数值仿真的方法,选用不同的中空激光参量对3003铝合金板料进行了冲击成形数值模拟,分析了板料变形的动态响应过程以及成形规律。结果表明,中空激光加载后,板料获得初速度,光斑区域的速度逐渐减少,区域外的速度逐渐增加,带动整个板材的运动;与实心激光冲击板料变形比较,板料底部变形区较为平坦,变形比较均匀,提高了板料的成形性和成形极限。该研究通过选择不同的中空激光参量获得板料的成形规律,为中空激光冲击成形技术提供了依据。