脈沖激光微沖擊成形的晶體塑性有限元模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、近年來，微機(jī)電系統(tǒng)市場(chǎng)持續(xù)保持較高的增長(zhǎng)率，微細(xì)制造技術(shù)得到蓬勃發(fā)展，其中以激光作為動(dòng)力源進(jìn)行的微塑性成形技術(shù)引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注，而脈沖激光微沖擊成形作為一種先進(jìn)的板料成形技術(shù)引起了研究者們的極大興趣。激光微沖擊成形是利用脈沖激光產(chǎn)生的等離子體爆轟波的沖擊力效應(yīng)使超薄板材產(chǎn)生塑性變形的新技術(shù)，可以對(duì)微小器件實(shí)現(xiàn)非接觸式成形。本文對(duì)脈沖激光微沖擊成形的過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，同時(shí)也通過實(shí)驗(yàn)對(duì)這種成形技術(shù)做了相應(yīng)的研究。
　　 首先

2、基于晶體塑性理論，定義并驗(yàn)證了多晶銅材料模型。將晶體材料看成一個(gè)個(gè)的晶粒單元組成的聚合體，每個(gè)晶粒單元都有獨(dú)立的晶向。編寫程序?qū)γ總€(gè)晶粒單元賦予晶向隨機(jī)的銅材料參數(shù)。通過對(duì)該多晶體材料模型的單向拉仲驗(yàn)證，這種大量的單晶銅晶粒的集聚可以用以描述多晶銅材料的力學(xué)行為。
　　 在對(duì)脈沖激光微沖擊成形的模擬時(shí)，將脈沖激光沖擊板料的模型簡(jiǎn)化為軸對(duì)稱變形模型，在ABAQUS/Standard中調(diào)用本構(gòu)予程序，完成了對(duì)沖擊過程的準(zhǔn)動(dòng)態(tài)模擬，討

3、論了脈沖激光沖擊次數(shù)、晶粒不規(guī)則程度、單位面積內(nèi)晶粒的個(gè)數(shù)等因素對(duì)板料成形量的影響。在對(duì)模擬結(jié)果的分析中得知：在一定的范圍內(nèi)，隨著脈沖激光沖擊的次數(shù)的增加，板料的變形量逐漸增大，但是由于應(yīng)變強(qiáng)化的存在，每次沖擊引起的變形量逐漸減??；脈沖激光微沖擊模型中，晶粒的不規(guī)則程度對(duì)脈沖激光沖擊產(chǎn)生的最大變形量影響不明顯，多晶銅模型的材料性能對(duì)晶粒的不規(guī)則程度不敏感：采用晶體望性有限元方法對(duì)脈沖激光微沖擊成形的模擬結(jié)果中能體現(xiàn)出微小板料的尺度效應(yīng)。

4、
　　 在對(duì)脈沖激光微沖擊的實(shí)驗(yàn)研究中，參照脈沖激光微沖擊成形的原理，選用Nd:YAG紅外光脈沖激光器，以黑漆和石英玻璃分別作為吸收層和約束層，設(shè)計(jì)了一套模具成形系統(tǒng)，提出了實(shí)驗(yàn)方案，并通過對(duì)紫銅箔的脈沖激光微沖擊實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方案的可行性。在對(duì)經(jīng)過脈沖激光微沖擊后的銅箔樣品的檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)：銅箔受脈沖激光沖擊的區(qū)域有碗狀凸起，最大凸起變形量與模擬結(jié)果基本吻合；在對(duì)銅箔樣品的組織檢測(cè)中，并未發(fā)現(xiàn)沖擊區(qū)域有明顯的晶粒細(xì)化