金属板材激光冲击成形应力场分布特性理论和实验研究

发布时间：2021-05-22 19:12

　　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Co... 

【文章来源】：江苏大学江苏省

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 激光冲击加工技术简介
        1.2.1 激光冲击强化
        1.2.2 激光冲击成形
    1.3 激光冲击成形的国内外研究现状
        1.3.1 激光冲击成形的国外研究现状
        1.3.2 激光冲击成形的国内研究现状
    1.4 本课题主要研究内容
第二章 激光冲击成形理论基础
    2.1 激光诱导冲击波机理
    2.2 激光诱导冲击波峰值压强的估算
    2.3 激光诱导冲击波在材料中的传播特性
        2.3.1 一维应变平面波
        2.3.2 弹性波
        2.3.3 塑性波
    2.4 激光冲击成形机理
        2.4.1 冲击弯曲机制
        2.4.2 应力梯度机制
        2.4.3 耦合作用
    2.5 本章小结
第三章 板料件激光冲击成形应力场分布特性数值研究
    3.1 仿真方法的介绍
        3.1.1 有限元软件ABAQUS的基本介绍
        3.1.2 本征模型的选择
        3.1.3 有限元模型的建立与网格的划分
        3.1.4 冲击波的设置
        3.1.5 求解时间的设置
    3.2 板材动态应力分析
        3.2.1 等厚板应力场时空演化特征
        3.2.2 不等厚板应力场时空演化特征
    3.3 等厚板残余应力分布
        3.3.1 Convex弯曲变形板材内部应力分布
        3.3.2 Concave弯曲变形板材内部应力分布
    3.4 等厚板Convex和 Concave形成机理的可视化
    3.5 实验和仿真板材内部残余应力分布
    3.6 本章小结
第四章 激光冲击成形工艺规律的研究
    4.1 实验设备
    4.2 实验材料
    4.3 实验过程
    4.4 实验结果和分析
        4.4.1 板材厚度和激光能量对板材变形方式和变形量的影响
        4.4.2 冲击面积对板材变形方式和变形量的影响
        4.4.3 搭接率对板材变形方式和变形量的影响
    4.5 仿真结果和分析
        4.5.1 板材厚度与激光能量对板材变形方式和变形量的影响
        4.5.2 冲击面积对板材变形方式和变形量的影响
        4.5.3 搭接率对板材变形方式和变形量的影响
    4.6 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]大型壁板激光喷丸成形技术研究与应用[J]. 胡宗浩,罗明生,胡永祥,姚振强.  航空制造技术. 2017(20)
[2]2024铝合金异形件纳秒激光喷丸成形的实验研究[J]. 饶宵,叶云霞,赵雳,任旭东,李琳.  激光与光电子学进展. 2018(02)
[3]激光冲击强化316L不锈钢焊接接头的耐腐蚀性能[J]. 李玉琴,孟长军,王学德,罗思海,徐伟胜.  激光与光电子学进展. 2017(06)
[4]激光冲击强化对金属材料疲劳寿命的影响及应用[J]. 彭敏.  山东工业技术. 2016(24)
[5]激光冲击强化对AISI8620合金钢耐磨性能的影响[J]. 郝超,黄俊桂,钟俊伟.  江苏科技大学学报(自然科学版). 2011(05)
[6]基于激光冲击波的金属板料精密校形技术[J]. 丁华,蔡兰.  江苏大学学报(自然科学版). 2011(02)
[7]金属板料的激光喷丸变形理论[J]. 周建忠,杜建钧,黄舒,杨超君.  材料研究学报. 2007(06)
[8]基于激光喷丸的板料成形试验研究[J]. 张兴权,张永康,周建忠,顾永玉.  塑性工程学报. 2007(05)
[9]金属板料激光喷丸成形理论研究与数值模拟[J]. 周建忠,倪敏雄,张永康,杨超君,杜建钧,曹向广.  中国激光. 2007(02)
[10]金属板料激光冷塑性弯曲的研究[J]. 张兴权,张永康,周建忠,顾永玉,杜建钧.  航空学报. 2007(01)

博士论文
[1]金属板料激光冲击变形机理及铝板校形研究[D]. 丁华.江苏大学 2010
[2]金属板料激光喷丸成形机制研究与数值分析[D]. 张兴权.江苏大学 2007

硕士论文
[1]金属板材纳秒激光喷丸成形的工艺与理论研究[D]. 饶宵.江苏大学 2018
[2]激光诱导冲击波在层状介质中传输规律及其应用研究[D]. 左慧.江苏大学 2017
[3]激光诱导冲击波在层状介质中的传输特性研究[D]. 赵抒怡.江苏大学 2016
[4]金属板料激光喷丸成形的机理及其影响因素研究[D]. 倪敏雄.江苏大学 2006



本文编号：3201525