超薄板材激光微沖擊成形的變形與破壞研究.pdf

1、當(dāng)強(qiáng)脈沖激光在極短時(shí)間內(nèi)輻照涂在板材表面的吸收層上時(shí),便產(chǎn)生了高壓等離子體。激光微沖擊成形就是利用脈沖激光產(chǎn)生的高壓等離子體的沖擊力效應(yīng),使超薄板材產(chǎn)生塑性變形的新技術(shù)。該技術(shù)在制造微機(jī)電系統(tǒng)零件方面有巨大的潛力。為了了解板材的成形極限,更精確的掌握激光微成形技術(shù),本文對(duì)板材破壞及成形過程中的變形場進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　 系統(tǒng)的研究了板材的破壞模式、破壞機(jī)理及各種參數(shù)對(duì)板材破壞模式的影響。采用基于晶粒晶界的約束節(jié)點(diǎn)失效的動(dòng)態(tài)顯式

2、有限元的方法,模擬了激光微沖擊成形過程中裂紋的萌生與擴(kuò)展。在該方法中,具有同一空間位置的四個(gè)節(jié)點(diǎn)分屬于四個(gè)單元,這四個(gè)節(jié)點(diǎn)通過失效應(yīng)變結(jié)合在一起,而在通常的有限元方法中這四個(gè)節(jié)點(diǎn)被合并為一個(gè)節(jié)點(diǎn)。當(dāng)板材發(fā)生失效時(shí),這四個(gè)節(jié)點(diǎn)將彼此分離。通過有限元分析,結(jié)合實(shí)驗(yàn)觀察,在激光微沖擊成形過程中發(fā)現(xiàn)了三種破壞模式,分別為:發(fā)生在成形圓頂頂端的貫穿式層裂破壞(模式Ⅰ)、發(fā)生在凹模入口處的拉伸撕裂破壞(模式Ⅱ)和發(fā)生在激光光斑邊緣的剪切破壞(模式Ⅲ

3、)。分析了板材參數(shù)、激光參數(shù)以及模具參數(shù)對(duì)破壞模式的影響,得出了一些有價(jià)值的結(jié)論:(1)隨著沖擊波壓力的增加,破壞發(fā)生的位置由成形圓頂頂端變?yōu)榘寄Ｈ肟谔?再變?yōu)榧す夤獍叩倪吘?(2)隨著沖擊波持續(xù)時(shí)間的增大,板材的破壞模式由發(fā)生在成形圓頂頂端的貫穿式層裂破壞,發(fā)展為發(fā)生在凹模入口處的拉伸撕裂破壞,最后為發(fā)生在激光光斑邊緣的剪切破壞;(3)隨著成形材料破壞強(qiáng)度的增加,破壞模式由模式Ⅲ變化到模式Ⅱ,再到模式Ⅰ;(4)隨著凹模直徑的增加,破壞

4、由激光光斑邊緣的剪切破壞變?yōu)榘寄Ｈ肟谔幍睦焖毫?再到成形圓頂?shù)捻敹素灤┦綄恿哑茐摹?br>　　 初步分析了單脈沖激光沖擊圓板的動(dòng)態(tài)塑性響應(yīng),得到了小變形情況下板材的最終成形輪廓及最大變形高度。當(dāng)超強(qiáng)激光輻照到材料表面上時(shí),材料發(fā)生動(dòng)態(tài)響應(yīng),由于板材邊界條件和載荷施加條件的復(fù)雜性,所以在分析激光微沖擊過程中對(duì)板材進(jìn)行了一些簡化:邊界條件看做是簡支的;沖擊波壓力的空間加載曲線簡化成三角形-矩形、矩形兩種情況;沖擊波壓力的時(shí)間加載曲線簡化