激光沖擊液體微成形數(shù)值模擬及實驗研究
發(fā)布時間：2021-10-08 03:33
近年來,激光沖擊微成形技術已經(jīng)成為了微成形領域的一個研究熱點。本文研究了一種激光沖擊液體微成形的新工藝,以激光作為沖擊源、液體作為傳力介質(zhì),適用于成形具有大面積陣列微特征的金屬箔板。論文通過數(shù)值模擬探索了工藝可行性與成形機理,并在數(shù)值模擬的基礎上進行了工藝參數(shù)優(yōu)化,為下一步的實驗研究提供指導,主要研究工作與成果如下:首先,介紹了激光沖擊液體微成形工藝的原理,描述了激光與物質(zhì)相互作用機理及材料在高應變率下的動態(tài)響應,推導了激光功率密度的數(shù)學模型和考慮時空分布特性的激光誘導沖擊波壓力模型,討論了流固耦合分析中流體介質(zhì)與結(jié)構(gòu)的運動方程,介紹了非線性流固耦合分析中的任意拉格朗日-歐拉（ALE）方法等問題,為激光沖擊液體微成形的數(shù)值模擬研究奠定了理論基礎。其次,使用HyperMesh/LS-DYNA軟件進行了激光沖擊液體微成形工藝的數(shù)值模擬研究:針對大面積方形凹坑陣列微特征模具,考慮流固耦合作用建立了三維有限元模型,通過離散受沖擊區(qū)域的方法實現(xiàn)了時空變化的激光光源模型的加載,采用ALE算法實現(xiàn)流固耦合計算,數(shù)值模擬結(jié)果表明該方法成形大面積陣列微特征是可行的且成形效果良好,數(shù)值模擬與實驗結(jié)果基本一...
【文章來源】：江蘇大學江蘇省
【文章頁數(shù)】：113 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
使用微成形技術加工的零件Fig.1.1Partsmanufacturedbymicroformingtechnology
激光沖擊液體微成形數(shù)值模擬及實驗研究廣泛、加工周期短、耗費成本較低，可以顯著的提升微尺度零件的成形精度[23-25]，在眾多領域中都有著廣闊的發(fā)展與應用前景，得到了國內(nèi)外眾多學者的廣泛研究。1.2 激光沖擊成形國內(nèi)外現(xiàn)狀研究激光沖擊成形技術是一種先進的板料制造加工技術，主要是利用激光和板料相互作用時所產(chǎn)生沖擊波的力效應來讓板料發(fā)生塑性變形[26]，其成形機理如圖 1.2 所示，當高功率密度、短脈沖的激光穿過透明的約束層達到吸收層后，吸收層會發(fā)生汽化電離，并產(chǎn)生高溫高壓的等離子體；隨后，由于約束層的限制作用，等離子體迅速膨脹并產(chǎn)生GPa級的沖擊波壓力，這股沖擊波壓力向下繼續(xù)傳播并到達金屬板材表面，當其超過材料的動態(tài)屈服極限時，工件材料會在沖擊波壓力的作用下發(fā)生塑性變形。如圖 1.3 所示是利用激光沖擊成形技術加工得到的零件[27]。
激光沖擊液體微成形數(shù)值模擬及實驗研究廣泛、加工周期短、耗費成本較低，可以顯著的提升微尺度零件的成形精度[23-25]，在眾多領域中都有著廣闊的發(fā)展與應用前景，得到了國內(nèi)外眾多學者的廣泛研究。1.2 激光沖擊成形國內(nèi)外現(xiàn)狀研究激光沖擊成形技術是一種先進的板料制造加工技術，主要是利用激光和板料相互作用時所產(chǎn)生沖擊波的力效應來讓板料發(fā)生塑性變形[26]，其成形機理如圖 1.2 所示，當高功率密度、短脈沖的激光穿過透明的約束層達到吸收層后，吸收層會發(fā)生汽化電離，并產(chǎn)生高溫高壓的等離子體；隨后，由于約束層的限制作用，等離子體迅速膨脹并產(chǎn)生GPa級的沖擊波壓力，這股沖擊波壓力向下繼續(xù)傳播并到達金屬板材表面，當其超過材料的動態(tài)屈服極限時，工件材料會在沖擊波壓力的作用下發(fā)生塑性變形。如圖 1.3 所示是利用激光沖擊成形技術加工得到的零件[27]。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]電液成形技術研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 于海平,鄭秋麗,安云雷. 精密成形工程. 2017(03)
[2]超聲振動輔助成形本構(gòu)模型[J]. 王家鵬,趙震,莊新村,柏楊. 塑性工程學報. 2015(06)
[3]激光沖擊軟模大面積微彎曲成形方法[J]. 王霄,張迪,顧春興,沈宗寶,劉會霞. 光學精密工程. 2014(09)
[4]新型沖擊充液復合成形工藝及其關鍵技術研究[J]. 郎利輝,王少華,楊春雷,袁超. 鍛壓技術. 2014(07)
[5]新型充液沖擊沖裁技術[J]. 郎利輝,王少華,袁超. 塑性工程學報. 2014(02)
[6]激光沖擊強化技術研究與應用現(xiàn)狀[J]. 石朝陽,劉赤榮,應才蘇. 機械設計與制造. 2010(04)
[7]爆炸沖擊波在不同介質(zhì)中傳播衰減規(guī)律的數(shù)值模擬[J]. 李順波,東兆星,齊燕軍,焦金鋒. 振動與沖擊. 2009(07)
[8]金屬箔板激光動態(tài)微拉深成形技術[J]. 劉會霞,李保春,楊昆,陳成,沈宗寶,王霄,周明. 光電子.激光. 2009(03)
[9]金屬材料的激光吸收率研究[J]. 陳君,張群莉,姚建華,傅紀斌. 應用光學. 2008(05)
[10]激光沖擊約束層和吸收層的研究[J]. 張凌峰,張永康,任旭東,馮愛新. 農(nóng)業(yè)機械學報. 2007(01)
碩士論文
[1]充液沖擊成形關鍵技術研究[D]. 林俐菁.合肥工業(yè)大學 2016
[2]金屬板料激光沖擊成形研究[D]. 王廣龍.江蘇大學 2005
本文編號：3423348
【文章來源】：江蘇大學江蘇省
【文章頁數(shù)】：113 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
使用微成形技術加工的零件Fig.1.1Partsmanufacturedbymicroformingtechnology
激光沖擊液體微成形數(shù)值模擬及實驗研究廣泛、加工周期短、耗費成本較低，可以顯著的提升微尺度零件的成形精度[23-25]，在眾多領域中都有著廣闊的發(fā)展與應用前景，得到了國內(nèi)外眾多學者的廣泛研究。1.2 激光沖擊成形國內(nèi)外現(xiàn)狀研究激光沖擊成形技術是一種先進的板料制造加工技術，主要是利用激光和板料相互作用時所產(chǎn)生沖擊波的力效應來讓板料發(fā)生塑性變形[26]，其成形機理如圖 1.2 所示，當高功率密度、短脈沖的激光穿過透明的約束層達到吸收層后，吸收層會發(fā)生汽化電離，并產(chǎn)生高溫高壓的等離子體；隨后，由于約束層的限制作用，等離子體迅速膨脹并產(chǎn)生GPa級的沖擊波壓力，這股沖擊波壓力向下繼續(xù)傳播并到達金屬板材表面，當其超過材料的動態(tài)屈服極限時，工件材料會在沖擊波壓力的作用下發(fā)生塑性變形。如圖 1.3 所示是利用激光沖擊成形技術加工得到的零件[27]。
激光沖擊液體微成形數(shù)值模擬及實驗研究廣泛、加工周期短、耗費成本較低，可以顯著的提升微尺度零件的成形精度[23-25]，在眾多領域中都有著廣闊的發(fā)展與應用前景，得到了國內(nèi)外眾多學者的廣泛研究。1.2 激光沖擊成形國內(nèi)外現(xiàn)狀研究激光沖擊成形技術是一種先進的板料制造加工技術，主要是利用激光和板料相互作用時所產(chǎn)生沖擊波的力效應來讓板料發(fā)生塑性變形[26]，其成形機理如圖 1.2 所示，當高功率密度、短脈沖的激光穿過透明的約束層達到吸收層后，吸收層會發(fā)生汽化電離，并產(chǎn)生高溫高壓的等離子體；隨后，由于約束層的限制作用，等離子體迅速膨脹并產(chǎn)生GPa級的沖擊波壓力，這股沖擊波壓力向下繼續(xù)傳播并到達金屬板材表面，當其超過材料的動態(tài)屈服極限時，工件材料會在沖擊波壓力的作用下發(fā)生塑性變形。如圖 1.3 所示是利用激光沖擊成形技術加工得到的零件[27]。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]電液成形技術研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 于海平,鄭秋麗,安云雷. 精密成形工程. 2017(03)
[2]超聲振動輔助成形本構(gòu)模型[J]. 王家鵬,趙震,莊新村,柏楊. 塑性工程學報. 2015(06)
[3]激光沖擊軟模大面積微彎曲成形方法[J]. 王霄,張迪,顧春興,沈宗寶,劉會霞. 光學精密工程. 2014(09)
[4]新型沖擊充液復合成形工藝及其關鍵技術研究[J]. 郎利輝,王少華,楊春雷,袁超. 鍛壓技術. 2014(07)
[5]新型充液沖擊沖裁技術[J]. 郎利輝,王少華,袁超. 塑性工程學報. 2014(02)
[6]激光沖擊強化技術研究與應用現(xiàn)狀[J]. 石朝陽,劉赤榮,應才蘇. 機械設計與制造. 2010(04)
[7]爆炸沖擊波在不同介質(zhì)中傳播衰減規(guī)律的數(shù)值模擬[J]. 李順波,東兆星,齊燕軍,焦金鋒. 振動與沖擊. 2009(07)
[8]金屬箔板激光動態(tài)微拉深成形技術[J]. 劉會霞,李保春,楊昆,陳成,沈宗寶,王霄,周明. 光電子.激光. 2009(03)
[9]金屬材料的激光吸收率研究[J]. 陳君,張群莉,姚建華,傅紀斌. 應用光學. 2008(05)
[10]激光沖擊約束層和吸收層的研究[J]. 張凌峰,張永康,任旭東,馮愛新. 農(nóng)業(yè)機械學報. 2007(01)
碩士論文
[1]充液沖擊成形關鍵技術研究[D]. 林俐菁.合肥工業(yè)大學 2016
[2]金屬板料激光沖擊成形研究[D]. 王廣龍.江蘇大學 2005
本文編號：3423348
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