非晶带材激光冲击弯曲工艺实验及数值模拟研究

摘要

非晶合金具有良好的机械、物理、化学性能,但其室温低塑性限制了实际工程应用。激光冲击成形是利用高能短脉冲激光诱导等离子体冲击波产生的力效应,使板料产生塑性变形的新技术。本文研究了非晶合金在激光冲击下的变形情况,探索非晶合金的变形机制。
　　 以30μm厚的Fe78Si9B13非晶带材为研究对象,选择调Q型Nd(:)YAG固体激光器,不添加约束层和吸收层,试样采取单边夹持带垫板的固定方式,建立了激光冲击弯曲成形的实验系统。讨论了冲击次数和扫描道数对弯曲角度的影响规律,发现随冲击次数的增加,试样弯曲角度逐渐增大,并且角度的增大率逐渐减小;实验结果还表明随扫描道数的增加,弯曲角度几乎呈线性增加。并利用扫描电镜观察比较试样变形区域和未变形区域的厚度变化和微观形貌,有助于了解非晶带材激光冲击弯曲成形的工艺机理。
　　 通过纳米压痕实验,得出Fe78Si9B13非晶合金带材的加载曲线和卸载曲线,以及随压入深度变化的弹性模量、硬度等,并得到了Fe78Si9B13非晶合金带材的屈服强度。结果显示非晶合金带材与块体在力学参数方面有较大差别。
　　 利用LS-Prepost和LS-Dyna完成了Fe78Si9B13非晶合金带材激光冲击成形过程的数值模拟,将激光冲击板料的模型简化为二维模型,分析了变形过程中位移场、厚度、应力应变场等的变化。