船用中厚钢板激光弯曲成形过程数值模拟

摘要

板材激光弯曲成形技术是利用激光束扫描金属板材时产生的热应力使板材成形的新工艺,在汽车、造船和航空等领域具有广阔的应用前景.激光束扫描板材时,在照射区域和邻近区域产生强烈的温度梯度,使材料产生非均匀的热应力分布,当热应力超过材料的屈服点时,材料发生塑性变形.该文使用有限元软件MSC.Marc对板材激光弯曲成形过程进行数值模拟.综合考虑材料的热物性和力学性能随温度的变化等因素,建立了三维热力耦合模型分析船用中厚钢板激光弯曲成形过程,计算成形过程的温度和应力应变,并预测钢板最后的弯曲角度.为了验证数值模拟结果,对船用中厚钢板激光弯曲成形过程进行了实验研究.分别选用不同厚度、不同扫描速度和不同激光功率对金属板材激光弯曲成形进行参数研究,对温度和弯曲角度的变化进行实时测量.弯曲角度受材料力学性能、热物性以及工艺参数等因素的影响,随激光束扫描次数的增加而增大,是激光功率和扫描速度的函数.模拟结果与实验结果符合较好,从而验证了模型的适用性.

目录

文摘

英文文摘

1绪论

§1.1引言

§1.2激光弯曲成形机理

§1.2.1温度梯度机理

§1.2.2镦粗机理

§1.2.3屈曲机理

§1.3板材激光弯曲成形研究的发展概况

§1.3.1国外研究概况

§1.3.2国内研究概况

§1.4温度场、变形场的数值模拟

§1.4.1温度场的数值模拟方法

§1.4.2变形场的数值模拟方法

§1.5论文的主要工作

2板材激光弯曲成形过程的数值模型

§2.1传热学基本原理

§2.2热弹塑性基本理论

§2.2.1材料的弹塑性性质

§2.2.2热弹塑性问题理论分析的假定

§2.2.3材料性能与温度有关的应力--应变关系

§2.2.4单元刚度矩阵及等效节点载荷的形成

§2.3板材激光弯曲成形过程数学计算模型的建立

§2.3.1单元划分

§2.3.2边界条件和初始条件

§2.3.3激光热源

§2.4板材激光弯曲成形过程的热弹塑性有限元分析

§2.4.1有限元的基本思想

§2.4.2热力耦合分析

3结果与分析

§3.1材料的性能参数

§3.2板材激光弯曲成形过程模拟结果

§3.2.1温度场模拟结果

§3.2.2变形场模拟结果

§3.3板材激光弯曲成形过程实验研究

§3.3.1实验材料及条件

§3.3.2实验方法

§3.3.3实验结果与分析

§3.4实验结果与计算结果的比较

§3.5讨论

4结论与展望

§4.1结论

§4.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间完成的论文