激光冲击成形钛合金板的变形与残余应力分析

摘要

本文在分析了国内外激光冲击成形研究现状的基础上，对钛合金板激光冲击成形进行了实验研究。首先从分析激光冲击成形中各影响因素与成形量的关系入手，分别对成形后板料表面残余应力、表面质量及显微组织进行了分析研究；在此基础上进行了钛合金板激光多点冲击大面积成形和典型件仿形冲击成形的实验研究；最后利用ABAQUS软件对冲击过程进行了有限元模拟研究。完成的主要研究工作如下： 1. 实验研究了单点冲击下激光冲击成形中各因素对钛合金板成形量的影响。研究结果表明，最大变形量与激光脉冲能量之间存在着明显的非线性递增关系；而最大变形量与工件支承座孔径之间以及成形角度与凸模顶圆半径之间存在递减关系。 2. 对冲击成形的钛合金板表面残余应力进行了测试分析。结果表明，冲击成形的钛合金板表面呈现残余压应力状态，且残余压应力值及影响深度随脉冲能量的增大而增大；吸收层材料对表面残余压应力幅值有着显著的影响。 3. 对激光冲击成形的钛合金板表面质量及显微特性进行了分析研究。结果表明，激光冲击成形后的钛合金板变形区的表面变得光滑平整，表面粗糙度得到了显著降低；金相组织更加致密，晶粒得到了细化，而且分布更加均匀。 4. 对钛合金板大面积激光多点冲击成形和典型件的仿形冲击成形实验研究。结果表明，激光冲击成形可以应用于钛合金板的成形加工。 5. 对钛合金板激光冲击成形过程进行了有限元模拟分析研究，仿真结果与实验结果之间取得了很好的一致性，验证了研究所建立模型的正确性。