论文部分内容阅读
激光冲击成形不仅具有非接触、无模具、高灵活性和可控性等优点,还可以提高金属材料的抗疲劳、耐磨损、耐腐蚀等性能,激光冲击成形技术受到了广泛的关注。定量研究冲击成形后表面以及材料内部应力分布特性与变形方式、变形量的关系,更利于指导实际工程应用。因此,本文通过数值仿真和实验研究相结合的方法,研究激光冲击成形后,板料中的应力应变场分布,可视化验证了板料激光冲击成形的变形机制,以及相关工艺规律。主要工作和结论如下:(1)数值研究激光冲击成形后板料内部应力场和应变场分布特征。以ABAQUS有限元仿真软件为平台,建立了激光冲击成形2024铝合金板材的三维仿真模型。通过ABAQUS有限元仿真软件,研究了激光冲击成形金属板材内部应力分布特征;并通过观察数值仿真的结果,可视化验证了胡永祥提出的Convex和Concave变形机制;对比分析了实验和仿真中的残余应力分布。结果表明,当金属板Convex变形时,沿厚度方向的应力分布大致分为三个区域:近表面层、中间层和底层。对于Convex变形,冲击波效应不会“穿透”板材,沿板材的深度方向产生应力梯度,然后在该应力梯度的作用下,板材发生凸起的宏观变形。当金属板Concave变形时,沿厚度方向的应力分布分为两个区域:上表面拉应力区和下表面压应力区。冲击波效应穿透片材,引起片材的整体拉伸变形,并最终使片材发生拉深塑性变形。(2)实验研究激光冲击成形工艺规律。研究了不同激光参数和冲击方式对2024铝合金板材变形方式和变形量的影响规律。当能量相同时,板材厚度较小时,发生Concave变形;板材厚度较大时,发生Convex变形,且变形量与能量是正比关系;当增大激光的冲击面积时,板材的变形量会增大,但是板材的变形方式不会改变;改变激光光斑的搭接率且不改变光斑的个数板材的变形量基本上没有变化。实验和仿真所得到的板材的变形规律基本一致,从而证明了仿真方法的准确性。(3)板料厚度变化对冲击波传输规律的影响。激光诱导冲击波在界面的反射规律,与光反射规律相似,经斜底面反射的冲击波以斜底面的“法线”为轴与入射冲击波呈反向对称传播。该传输规律,会使不等厚板的冲击变形机制、变形方式和变形量规律均不同于等厚板。