本文關(guān)鍵詞：基于二元光學(xué)鈦板激光沖擊成形工藝研究

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【摘要】：激光沖擊成形工藝(Laser Shock Forming,LSF)是利用激光與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生激光誘導(dǎo)沖擊波,主要通過(guò)力效應(yīng)使金屬板材產(chǎn)生塑性變形的一種新型金屬板材成形技術(shù)。高強(qiáng)度鈦板是航空航天工業(yè)的重要結(jié)構(gòu)材料,利用二元光學(xué)器件改進(jìn)激光光斑光強(qiáng)的分布,提高鈦板激光沖擊成形的成形性能,這也是目前鈦板成形工藝研究熱點(diǎn)之一。本文采用理論分析、工藝試驗(yàn)和模擬仿真相結(jié)合的方式,研究板材厚度為0.1mm的TA1、TA2和TC4三種鈦板,在不同LSF工藝參數(shù)(不同激光能量、光斑光強(qiáng)分布等)下的成形極限和成形質(zhì)量。首先,采用ABAQUS軟件仿真分析了塑性成形過(guò)程的變化規(guī)律和板料成形缺陷產(chǎn)生的原因,比較了不同激光光斑光強(qiáng)分布對(duì)LSF的影響;其次,自制了二元光學(xué)器件,并根據(jù)模擬優(yōu)化后的工藝參數(shù)進(jìn)行了激光沖擊成形工藝試驗(yàn);然后利用STIL光譜共焦位移傳感器,測(cè)量并繪制了試樣的成形輪廓圖、成形深度柱狀圖和表面粗糙度圖。研究表明,模擬和試驗(yàn)結(jié)果相吻合。本文的主要工作和結(jié)果有以下幾點(diǎn):(1)介紹了二元光學(xué)概念及其在高功率激光制造工藝上的應(yīng)用,并提出了改善輸出光束質(zhì)量的設(shè)計(jì)思路。(2)采用GS改進(jìn)算法進(jìn)行二元光學(xué)器件的設(shè)計(jì),制作了有效調(diào)制區(qū)域?yàn)閳A形(直徑Φ20mm,單位像素尺寸為40?m?40?m,8臺(tái)階)的二元光學(xué)器件,獲得了外徑Φ10mm,內(nèi)徑Φ4 mm的環(huán)形光斑,并給出了光強(qiáng)分布關(guān)系式。(3)根據(jù)板材激光沖擊成形的光強(qiáng)分布理論,著重分析了高斯圓形光斑、中心有強(qiáng)激光能量的低頻環(huán)形光斑、中心無(wú)強(qiáng)激光能量的低頻環(huán)形光斑等不同激光光強(qiáng)分布對(duì)板材成形極限以及成形質(zhì)量的影響,并進(jìn)行了三種鈦板的LSF試驗(yàn)研究和成形性能測(cè)試。比較結(jié)果均表明,中心無(wú)強(qiáng)激光能量的低頻環(huán)形光斑下板材試樣的成形輪廓平整度最好,成形深度最深,表面粗糙度最小。(4)以低頻環(huán)形光斑作為激光光斑光強(qiáng)分布為例,對(duì)厚度為0.1mm的方形鈦板進(jìn)行LSF數(shù)值模擬,獲得了成形過(guò)程中不同時(shí)刻的應(yīng)力場(chǎng)和殘余應(yīng)力場(chǎng)。成形輪廓與試驗(yàn)結(jié)果相吻合,表明模擬分析模型是可行的。(5)試驗(yàn)和數(shù)值模擬分析了脈沖激光參數(shù)對(duì)鈦板激光沖擊成形后的成形深度的影響。激光能量大、沖擊次數(shù)越多、光斑外徑越大,板料的成形極限深度越大;激光脈沖寬度則影響不大。(6)研究了鈦板激光沖擊作用下的破裂問(wèn)題。破裂會(huì)在兩個(gè)部位發(fā)生,一處是激光光斑加載的中心作用區(qū)域,主要是由于拉應(yīng)力過(guò)大所致;另一處是激光光斑加載的內(nèi)外徑邊緣作用區(qū)域,主要是由于應(yīng)力集中所致。而采用環(huán)形光斑LSF能有效避免應(yīng)力集中,防止板材過(guò)早破裂。
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TG665

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6 楊超君;禹建勇;葉鎮(zhèn);;激光沖擊成形鈦合金板料W形曲面的質(zhì)量改進(jìn)研究[J];應(yīng)用激光;2011年02期

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本文編號(hào)：1260748