脈沖激光沖擊成形的理論與實驗研究.pdf

1、激光沖擊是一個復雜的瞬態(tài)過程，涉及到傳熱學、動力學、材料科學、激光技術和計算機技術等多門學科。激光輻射到金屬靶材表面后，在極短的時間內(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態(tài)響應過程，以及激光沖擊波對材料的微觀組織的影響和材料的力學性能的變化等等諸多因素相互影響。本文通過對單脈沖激光沖擊板材的變形過程的推導分析，提出了激光沖擊板材的初速度分布假設，應用等效恒載荷簡化計算，建立了單脈沖激

2、光沖擊下板材的變形場理論解析模型，并實驗驗證了數(shù)學模型的準確性，分析了激光沖擊的動態(tài)響應過程，研究了激光沖擊成形對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的數(shù)學模型。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量，根據(jù)板厚與約束圓周直徑的相對值，只考慮板材塑性變形的動力學彎曲響應。在激光沖擊成形中，將成形過程分為

3、兩個相，分別對兩個相的變形進行了分析計算，在計算的過程中，引入等效載荷以簡化計算。通過黃銅和TA2板材的激光沖擊成形實驗驗證了數(shù)學模型的準確性。 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態(tài)響應過程和成形規(guī)律。模型采用顯式動態(tài)分析，有效解決激光沖擊成形中載荷高、結構響應變化快的問題，以提高激光沖擊成形預測的精確性。分析了激光沖擊成形中的瞬態(tài)響應過程，主要包括板材的速度、位移、應變以及應變率的

4、空間和時間分布。 ⑶激光沖擊主要參數(shù)對沖擊成形影響的研究。研究了不同工藝參數(shù)和變形場的對應關系。結合激光沖擊成形的理論與實驗研究，總結了板材厚度、激光能量、板材屈服強度等主要參數(shù)對變形場的影響規(guī)律，改變了過去只依靠少量的實驗結果就對某單一影響因素進行預測的方法。掌握了這些規(guī)律，可以同時預測多個工藝參數(shù)對變形場的影響，也可以通過目標變形來規(guī)劃激光沖擊工藝參數(shù)。 ⑷研究了激光沖擊成形處理對金屬材料性能的影響。研究了激光沖擊成