8011铝合金板材脉冲激光微冲击成形实验研究

摘要

随着电子、机械产品向小型化、集成化、多功能化方向发展，以及铝合金的广泛应用，利用脉冲激光产生等离子体冲击波使板材发生塑性变形成为一个发展前景良好的领域。本文通过对脉冲激光微冲击成形的研究状况和理论基础的回顾，分析其成形优势和发展前景，并综合考虑各影响因素对成形结果的影响，利用自主设计的实验装置和单因素实验法对8011铝合金的成形性能进行研究。对成形零件进行数码拍照，并分析成形成功与失败的各种原因；使用数码相机和Photoshop软件计算激光光斑的真实面积；通过对变形量的分析，得出了以下结论：（1）激光功率密度或激光能量是影响成形的主要因素，其值越大，等离子体冲击波的峰值压力越大，板材变形量越大；（2）脉冲次数越多，板材变形量越大；（3）圆形凹模直径越大，板材变形量越小。初步分析了这些现象的物理学、材料学、力学机制；最后利用金相检验方法分析了变形区横截面的组织变化。 利用商用程序FEMB与LS-DYNA，对所用板材的脉冲激光微冲击成形过程进行数值模拟，获得板材变形量，并与实验结果对比，发现两者较接近。这说明模拟所采用的模型合理，方法适当。

目录

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第一章绪论

1.1引言

1.2激光冲击成形的原理、特点和应用

1.2.1激光冲击成形的原理和特点

1.2.2激光冲击成形的应用

1.3超薄板材脉冲激光微冲击成形研究的现状和存在的问题

1.3.1国外的研究现状

1.3.2国内的研究现状

1.3.3存在的问题

1.4本课题的研究意义及内容

1.4.1研究意义

1.4.2研究内容

第二章激光微冲击成形理论基础

2.1理论基础

2.1.1等离子体和声阻抗

2.1.2能量转换体的组成及作用

2.1.3等离子体的产生

2.1.4激光支持吸收波

2.2激光冲击波峰值压力计算

2.3冲击参数对成形的影响

2.3.1激光参数的影响

2.3.2模具成形系统的影响

2.3.3板材参数的影响

2.4板材机械性能的改变

2.5本章小结

第三章实验路线及装置

3.1实验依据

3.2实验方法及路线

3.2.1实验方法

3.2.2实验路线

3.3实验装置

3.4本章小结

第四章铝材的激光微冲击成形实验

4.1实验准备

4.2实验进行

4.3后续检测

4.3.1样品拍照

4.3.2变形量测定

4.3.3光斑面积计算

4.3.4组织分析

4.4结果分析

4.4.1试样图片分析

4.4.2变形量分析

4.4.3横截面轮廓分析

4.4.4冲击失败原因分析

4.5本章小结

第五章数值模拟

5.1模拟软件简介

5.2数值模拟关键问题处理

5.2.1数值分析模型的建立与简化

5.2.2定义材料及接触

5.2.3冲击波压力作用时间

5.2.4冲击波压力的计算及分布

5.2.5边界条件的处理

5.2.6求解控制及LS-DYNA解算

5.3模拟结果与实验结果的比较

5.4本章小结

第六章总结与展望

6.1结论

6.2进一步的展望

参考文献

致 谢