扫描次数对板料激光弯曲成形影响的实验研究

实验研究了扫描次数对板料激光弯曲成形的影响。结果表明：扫描次数与弯曲角度间吴近似的线性关系；在相同的工艺参数、扫描次数下，板料越薄，弯曲角度越大。在重复扫描时，应严格控制加热区的温度，以使加热区材料获得良好的组织与性能。     

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)     

钢管激光弯曲成形的数值模拟

为了研究钢管激光弯曲过程,采用数值模拟的方法研究了激光弯曲钢管的温度场以及应力应变场的变化特点,分析了激光弯曲钢管的动态过程,解释了激光弯曲钢管过程中沿钢管壁厚各点的弹塑性变形的规律.结果表明,在给定技术参数下,激光扫描处横截面沿壁厚方向均产生压缩塑性变形,且下表面的压缩塑性应变比上表面要大,并解释了其机理.同时研究了激光工艺参数对弯曲成形角的影响,随着激光功率或激光扫描角度的增加,弯曲角度增加.     

外载荷对激光弯曲成形影响的数值研究

为了研究外载荷对板材激光弯曲成形的影响,建立三种数值模拟工况:无外载荷作用下的激光弯曲成形、外载荷协同作用下的激光弯曲成形和外载荷作用后的激光弯曲成形,并采用顺序热应力耦合分析技术进行数值模拟。首先对板材模型进行传热分析获得瞬态温度场,然后将其导入三种模拟工况进行位移场的准静态分析。结果表明:施加朝向激光束工作面的弯矩能够有效提高板材的弯曲程度,其中外载荷作用后的模拟工况提高的效果最为显著;施加背向激光束工作面的弯矩会使板材发生反向弯曲,并在激光束终点的位置产生位移场的边界效应。     

板料激光弯曲成形数值模拟

采用准静态非耦合模型 ,对激光束扫描板料表面时形成的三维瞬态温度场进行了有限元模拟 ,并将温度载荷转化为节点力 ,进一步完成了三维热弹塑性形变场的模拟。通过对温度、位移、应力分布的动态演示 ,定量地分析了板料激光弯曲的变形机理     

扫描方式对激光金属沉积成形过程温度的影响

根据有限元中的"单元生死"技术,通过APDL(ANSYS Parametric Design Language)编程研究了沿长边平行往复、沿短边平行往复以及层间正交变向平行往复等扫描方式对整个成形过程温度的影响,详细探讨了各种扫描方式下温度的动态分布规律.在相同条件下,利用自行搭建的CCD比色熔池测量系统对成形过程的熔池温度进行采集.结果表明:通过CCD比色测温系统得到不同扫描方式下成形过程熔池区域的最高温度与数值模拟得到的基本相符,熔池区域的温度高低也与数值模拟得到的结果吻合.     

金属板材激光弯曲成形规律的研究

用大变形弹塑性有限元法对金属板材柔性成形新工艺——激光弯曲进行了动态数值模拟。论证了板料的几何参数和工艺参数与变形的相互关系。模拟结果与试验吻合较好。     

微尺度激光弯曲成形数值模拟与实验研究

建立了厚度为0.1mm的不锈钢钢箔激光弯曲成形的三维热力耦合有限元模型,并采用有限元软件MSC.Marc模拟计算得到了箔材弯曲变形过程中的温度场、变形场与应力应变场。分析了应力、温度、变形三者之间的内在关系,阐述了激光弯曲成形的温度梯度机制(TGM)。建立了微尺度激光弯曲成形的实验装置,验证了有限元模型(FEM)的可靠性,模拟计算结果与实验结果吻合较好。通过实验分析了激光功率、扫描速度以及激光扫描次数等工艺参数对激光弯曲角度的影响规律,并对影响原因进行了初步分析,为进一步对微尺度激光弯曲成形机制及工艺的研究打下了基础。     

激光弯曲成形温度场的有限元数值模拟

激光成形技术是以激光为热源加热金属板料,依靠内应力使板料弯曲成形。研究激光成形过程中弯曲角与各影响参数之间的关系,了解板料内部温度场的分布规律是尤为重要的。本文应用有限元方法对不同热源形式、激光参数、板料尺寸及冷却条件下的三维瞬态温度场进行了数值模拟,分析了各因素对激光成形温度场的影响特性,为进一步的应力应变分析打下基础。     

激光弯曲成形数值模拟的研究进展

激光弯曲成形相对于传统成形工艺的优势已逐渐被人们所认识,但目前应用该技术的最大障碍是如何将工艺参数与最终成形相联系。数值模拟技术为解决该问题提供了有效手段。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最新进展。指出了未来应重点研究的几个方向。     

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.     

不锈钢-碳钢层合板激光弯曲试验研究

层状金属复合板以优良的材料和结构性能在舰船、汽车和飞行器等装备中显示了广阔的应用前景。为研究工艺因数对层状金属复合板激光弯曲成形的影响,以不锈钢-碳钢层合板为研究对象,对这种层状金属复合板的激光弯曲角度和规律进行了系统的试验研究。结果表明,不锈钢-碳钢层合板和不锈钢板激光弯曲存在共性,弯曲角度随着激光功率增加而增大,随着扫描速度增加而减小,随着扫描次数增加而增大,随着板厚增大而减小。同时二者也存在差异;随着不锈钢-碳钢层合板宽度的增加,弯曲角度先减小后增大;在相同工艺条件下,不锈钢-碳钢层合板弯曲角度大于不锈钢板的弯曲角度,并在一次固定安装下获得85.6°这一接近直角的极限弯曲角度。     

金属管材激光弯曲成形的扫描路径规划

基于几何曲率方法,针对AIS1304L不锈钢金属直管的激光平面弯曲成形和三维空间弯曲成形进行了路径规划的研究.对平面内弯曲成形,根据目标管形的极值点和拐点将管材分段,取极值点作为路径规划的初始位置,对各分段采用不同的扫描间距以确定加热扫描路径.对三维空间弯曲成形,采用投影分解的方法,把三维成形曲面投影分解为两个二维曲面,分别获取扫描路径和工艺参数,然后组合与简化,获取三维弯曲成形的扫描路径.实验采用Nd:YAG固体激光器,以平面内正弦曲面弯曲和空间螺旋管弯曲两种形式为例,作为目标形状进行扫描路径规划与实验验证,扫描弯曲结果证明了扫描路径规划方法的有效性.     

金属板材激光热成形非期望变形的数值模拟研究

在激光热成形中工件除了产生期望的弯曲变形外,还会产生非期望变形.尽管在常规热成形中可以不予考虑,但对于成形精度要求较高的工件.这些成形误差不仅会影响工件的装配精度,也会严重影响工件的使用寿命.为了减小成形工件的非期望变形,探讨优化的成形工艺,在分析激光热成形中温度分布与不同位置冷态材料对加热区域约束力变化的基础上,揭示出非期望变形的产生机制,并提出两种新的扫描策略.研究结果表明,选用不同的扫描策略,板材的非期望变形量不同.因此,在实际的工业应用中,需要针对不同的成形要求,选用不同的激光扫描策略,以提高工件的成形精度.     

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。     

位错对薄硅片激光弯曲过程的影响

基于开展的薄硅片长脉冲激光弯曲成形实验,针对弯曲样品表面产生的滑移线和堆垛层错缺陷,结合实验所用规格硅片弯曲角度不超过35°的现象,运用位错理论分析在弯曲过程中硅晶体产生位错、层错现象的原因以及位错对激光弯曲成形的影响。说明了滑移线主要是位错堆积产生滑移的表现形式,而堆垛层错是位错相互叠加产生的不全位错导致的结果;提出薄硅片弯曲成形受到位错浓度和位错移动速度变化的影响。     

预约束应力作用下的激光弯曲成形仿真工艺研究

提出了一种预约束应力作用下的激光弯曲成形新工艺 ,研究了不同的加载模型 ,通过施加预载荷 ,使板料加热区材料产生期望的预应力分布。针对激光弯曲成形的特点 ,建立了三维热力耦合模型 ,采用有限元方法实现了预约束应力作用下的激光弯曲成形工艺过程仿真。分析了在预载荷作用下 ,板料的激光弯曲成形机理。研究表明 ,该工艺不仅可大大提高板料的弯曲成形效果 ,而且只要合理控制预载荷的方向和大小 ,即可控制激光弯曲成形的变形方向。板料弯曲角度随预载荷的增加而显著增大 ,两者呈指数关系     

热容激光器激光输出特性的数值模拟

热容激光器在激射过程中，激光介质的温度快速升高，导致了热容激光器具有特殊的激光输出特性。通过理论分析、数值模拟和实验研究等方法，对热容激光器的激光输出特性进行研究，掌握热容激光器工作的基本规律，为热容激光器的设计、实验提供了重要的参考。建立了描述热容激光输出特性的理论模型，给出了输出功率随激光介质温升及工作时间的变化关系。数值模拟研究结果表明。激光介质的温度从300K升高到400K过程中，阈值功率密度从2．6W／cm^3增加到33．6W／cm^3，输出功率下降7％。利用建立的热容激光器实验装置．测量了不同占空比情况下的输出功率，占空比越高输出功率随时间下降得越快，与数值模拟结果相符。在低占空比时，数值模拟和测量结果吻合较好；在高占空比时出现误差，而且占空比越高误差越大。