脉冲激光冲击LD31薄板变形的实验和数值模拟

激光冲击板料变形是利用高能脉冲激光和材料相互作用诱导的高幅冲击波的力效应使板料产生塑性变形的新技术 ,本文利用Nd :Glass脉冲激光对厚度为 0 .8mm的LD31薄板进行激光冲击变形实验。所用激光参数为 :脉冲能量 15～ 30J,脉冲宽度 2 5ns ,光斑直径Φ8mm。利用ABAQUS软件对激光冲击下板料的变形过程进行了数值模拟 ,建立了激光冲击波加载的数学模型 ,探索激光冲击的主要参数和板料变形之间的相互关系 ,为激光冲击变形工艺参数的优化、板料变形的理论分析 ,实现大面积金属板料的柔性激光冲压成形提供依据。     

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。     

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。     

金属板料激光冲击成形技术研究

本文首次提出利用激光冲击波进行金属板料成形的新技术——金属板料的激光冲击成形,分析了其成形机理和特点。利用脉冲能量为1030J、脉宽为20ns的高功率Nd:Glass激光器,对金属板料进行了激光冲击成形的实验研究,探讨了激光参数、约束边界条件等对板料成形的影响。结果表明:在单次激光冲击下,随激光能量的增加,板料成形量随之增大,顶部曲率半径减小;随约束孔径的增加,板料成形量和顶部曲率半径都随之增加;在成形区凸面顶部为残余压缩应力-301MPa～-28MPa,而在成形凹面顶部因板料厚度的不同而呈现为残余压缩应力或拉伸应力。通过选择不同的激光参数和约束条件可以获得所需的工件轮廓形状和表面残余应力性质,为大面积板料的无模激光冲击成形技术的研究提供了依据。     

金属板料激光冲击成形数值模拟及工艺分析

激光冲击成形是指利用激光诱导产生的冲击波压力使板料变形的一种新的板料塑性成形技术。本文在激光单点冲击金属板料变形实验的基础上 ,对大面积金属板料的激光多点冲击成形进行了探讨 ,并以金属板料方盒形件为例 ,采用数值模拟技术 ,对无间隔连续冲击和间隔冲击两种方法进行了分析比较。结果表明 ,采用粗冲成形和精冲成形的工艺过程 ,可有效提高板料激光冲击成形的精度。     

钛合金板料激光冲击变形的实验

为了研究不同的激光能量和不同的冲击路径、冲击次数对TA2钛合金板料变形的影响,借助于江苏大学研制的高功率Nd:glass激光冲击波装置,采用实验的方法,取得了不同条件下钛合金板料的变形数据.结果表明,随着激光能量的增加,板料的变形量增大;板料几何尺寸和厚度越大,板料越难变形;冲击区域的不平度,随前后光斑间隔的增大而增大,随光斑间隔的减小而减小.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.     

激光冲击TC4材料硬化效应的实验研究

利用激光冲击波技术对TC4钛合金板料进行了材料硬化效应的实验研究, 所采用的激光波长1.064μm,脉宽23ns,能量35J,有效光斑直径8mm,脉冲的重复频率0.5Hz.并用ABAQUS软件对激光冲压TC4板料成形进行了仿真分析,探讨了材料的硬化效应对板料后续成形的影响,获得了在激光单点单次、双点双次冲击条件下,板料成形深度、成形轮廓受材料硬化行为影响的规律.通过此类激光冲击实验可优化激光冲击的相关参数,精确控制板料变形.     

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.     

钛合金板料激光冲击变形的数值模拟和实验

采用实验的方法,研究了不同的激光能量和不同的冲击路径、冲击次数对TA2钛合金板料变形的影响,取得了不同条件下钛合金板料的变形数据。结果表明:随着激光能量的增加,板料的变形量增大;板料几何尺寸和厚度越大,板料越难变形;冲击区域的不平度,随前后光斑间隔的增大而增大;随光斑间隔的减小而减小。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。     

Al-Mg-Sc合金板料激光冲击成形的有限元分析

激光冲击板料变形是利用高能脉冲激光和材料相互作用诱导的高幅冲击波的力效应使板料产生塑性变形的新型激光加工技术。基于激光冲击成形原理,建立了有限元模型,利用有限元分析软件MSC.Marc,对激光冲击载荷下Al-Mg-Sc板料成形过程进行模拟。结果表明:仿真结果与实验结果取得了良好的一致性,随着激光能量的增大,变形量增大;当激光能量大于30J时,板料最大变形量随着约束孔径的增大而增大,当激光能量小于30J时,板料最大变形量随着约束孔径的减小而增大,在距冲击中心9mm附近和冲击中心处,属于易破裂区域,距冲击中心3mm附近,应力值也比较大。     

激光冲击成形对表面光洁度的影响

为了研究激光冲击成形对板料表面光洁度的影响,采用0.5mm厚铝板和304不锈钢板料作为试样,选择光斑直径8mm、波长1054nm、脉冲宽度23ns的激光脉冲进行冲击成形实验,铝板冲击成形的激光能量为15.4J,304不锈钢的激光能量为18.92J.冲击成形后对板料表面光洁度进行检测,结果表明,激光冲击成形可使板料表面光洁度提高接近两个精度等级.通过理论分析可知,板料背面光洁度的提高有两个方面的原因,一方面由于应力波在板料背面的微尖峰中传播时产生一系列的反射波,当反射波强度超过材料抗拉强度极限时将引起微尖峰的断裂;另一方面由于板料的高速运动在板料背面的空气中形成高压区,当作用在板料表面的空气压力大于动态屈服强度时微尖峰发生塑性变形,因微尖峰断裂和塑性变形使板料背面光洁度提高.     

激光冲击成形对板料表面质量的影响

利用0.5mm厚铝板和304不锈钢板作为试样进行激光冲击成形，试验发现激光诱导的冲击波在使板料发生塑性变形的同时，还可以显著降低板料前后表面的粗糙度。根据板料激光冲击成形的特性，从理论上分析了板料背面粗糙度降低的机理。分析表明一方面是由于应力波在板料背面的微尖峰中传播时，应力波发生反射和透射，随着尖峰的截面积逐渐减小，透射压缩波和反射拉伸波的强度逐渐增加，当反射拉伸波的强度大于材料的动态强度极限时引起了微尖峰的断裂；另一方面由于激光冲击成形中板料的高速运动，在背面的空气中形成高压背压，板料背面的微尖峰受到空气背压的压缩而发生塑性变形。由于表面微尖峰的断裂和塑性变形使尖峰高度降低，因而表面质量得到提高。     

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。     

激光冲压TA2板小曲率成形研究

随着现代科学技术的飞速发展,对钛合金板材成形件的需求量日益广泛,由于采用传统的工艺成形钛合金比较困难,因而探索钛合金板材成形的新工艺和新技术具有十分重要的意义。笔者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1.054μm,脉宽约23ns,能量35J左右,有效光斑直径为8mm,脉冲的重复率为0.5Hz。并用ABAQUS软件对激光冲压TA2 板料成形进行了仿真,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。     

AlMgSc合金板激光冲击成形实验研究

A lMgSc是航空航天等尖端领域的一种新型轻合金结构材料。利用江苏大学强激光研究所的高功率钕玻璃激光器对A lMgSc合金板进行了激光冲击成形实验研究,用TaylorHobson三坐标表面轮廓测量机测量了冲击后板料的变形量以及表面的粗糙度。实验结果表明:约束层的刚度越大,激光诱导的冲击波力越大,板料的变形量越大;当只有激光能量大于某一临界值(该值与材料本身有关)时,板料的变形量才随着凹模孔径的增大而增大;板料的变形量随着半径方向的冲击波压力变化而不同。最后介绍了压力测量原理及其公式。     

3003铝合金激光冲击微挤压成形研究

微挤压模约束下的激光冲击微体积成形技术是利用激光诱导的冲击波使局部金属在凹模约束下产生体积变形的一种成形新技术。为了分析不同板厚(0.12mm,0.15mm,0.17mm和0.22mm)的3003铝合金在不同凹模孔径(0.4mm,0.7mm,0.9mm和1.1mm)约束下的成形深度,采用建立有限元模型进行数值分析的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了不同板厚和不同孔径成形下成形深度的数据。结果表明,成形深度随板厚的增大而增大趋势逐渐减小;对于同一厚度,板料成形深度随孔径的增大呈非线性增大趋势;对于同一点冲击,冲击次数对板料的成形深度影响很大。数值分析结果与实验吻合度较好,这一结果对微体积成形质量控制是有帮助的。