中空激光能量分布對(duì)沖擊成形性能及失效的影響研究.pdf

1、激光沖擊成形(Laser Shock Forming，LSF)是作為一種新型無模成形技術(shù)在眾多領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用前景。然而研究中發(fā)現(xiàn)，實(shí)心激光沖擊下光斑中心部位板料容易破裂，限制了其成形性能。通過采用中空激光進(jìn)行沖擊成形，這樣金屬板料中心易破裂問題得到解決的同時(shí)，提高了板料的成形性能。本文通過正、負(fù)軸錐鏡組合得到了中空激光束，不同能量分布的中空激光束對(duì)金屬板料的成形性能的影響不同?；诖?，本文通過模擬和試驗(yàn)方法對(duì)圓整中空激光下能量分布

2、對(duì)板料沖擊成形性能及失效的影響進(jìn)行了研究和分析。主要工作內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　(1)闡述了實(shí)心高斯、平頂激光束理論其誘導(dǎo)產(chǎn)生的沖擊壓力空間分布;介紹了中空激光束的概念，并分析了中空激光束的形成原理及其誘導(dǎo)產(chǎn)生的沖擊壓力空間分布;分析了影響中空激光能量分布的因素，提出了圓整中空激光束的調(diào)節(jié)方法。
　　(2)通過ABAQUS軟件分析了以單次沖擊下實(shí)心高斯、實(shí)心平頂激光和能量向內(nèi)徑、向外徑聚集中空激光四種能量分布的激光對(duì)板料成形的

3、影響。然后分析了多次沖擊下四種能量分布的激光對(duì)板料成形極限的影響，結(jié)果表明:①當(dāng)板料達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，實(shí)心高斯激光沖擊下板料的成形極限深度最小，其它三種能量分布激光下板料的成形極限深度基本相同，且兩種中空激光下板料的成形底部較為平坦;②相比兩種實(shí)心激光下板料中心厚度變化和等效應(yīng)變最大，兩種中空激光下板料的厚度和等效應(yīng)變分布較為均勻。
　　(3)通過試驗(yàn)分析了能量向內(nèi)徑聚集、能量向外徑聚集的圓整中空激光下板料的成形性能，并與相應(yīng)的實(shí)心

4、激光進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明:①功率密度相同時(shí)，能量向內(nèi)徑聚集中空激光沖擊成形后板料的成形極限深度比實(shí)心高斯激光時(shí)要大，且成形底部較平整，成形廣度較大;②功率密度相同時(shí)，能量向外徑聚集中空激光沖擊成形后板料的成形極限深度與實(shí)心平頂激光的基本相同，且成形底部較平整，成形廣度較大。
　　(4)通過試驗(yàn)分析了兩種能量分布的圓整中空激光下板料的破裂位置和裂紋形態(tài)，并與實(shí)心激光下的進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明:①當(dāng)中空光斑較小時(shí)，兩種中空激光下板料的破裂位

5、置位于板料中心，隨著中空光斑的增大，兩種中空激光下板料的破裂位置由板料中心向中空激光作用區(qū)域轉(zhuǎn)移;而實(shí)心激光下板料破裂位置均在板料中心。②當(dāng)中空光斑較小時(shí)，兩種中空激光下板料的裂紋為直線狀裂紋，當(dāng)中空光斑變大時(shí)，能量向內(nèi)徑聚集的中空激光下的裂紋主要為直線狀裂紋，而能量向外徑聚集的中空激光下的裂紋主要為微弧狀裂紋;兩種中空激光下板料的大部分裂紋方向均與軋制方向基本成45°角。
　　(5)研究了中空激光沖擊下3003H16鋁合金板料的

6、失效機(jī)制，結(jié)果表明:中空激光沖擊下板料的非斷裂失效包括減薄和層裂失效，且均位于中空激光沖擊區(qū)域內(nèi)。斷裂失效具有明顯的韌性斷裂特征，破裂形成大小不同且不規(guī)則的拋物線狀撕裂韌窩;裂紋伴隨多個(gè)小裂紋進(jìn)行擴(kuò)展，其擴(kuò)展速率取決于激光光斑和能量的大小。
　　本文研究了中空激光能量分布對(duì)沖擊成形性能的影響，采用中空激光進(jìn)行沖擊成形，金屬板料的成形性能得到了一定的提升，為將來金屬板料中空激光沖擊成形試驗(yàn)做進(jìn)一步研究提供了參考;并分析了中空激光沖擊