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金属板激光弯曲成形实验及数值模拟研究

作　者: 彭晨宇
导　师: 苏荣华
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 工程力学
关键词: 金属板激光弯曲成形弯曲角正交试验数值模拟二次扫描
分类号: TG386
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 64次
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内容摘要

激光弯曲成形是近年来提出的一种新型的金属板材柔性成形技术。该技术具有生产周期短,不需要外力和模具,柔性大,精度高等特点,在航空航天、造船和汽车等行业具有极大的应用潜力,其发展前景十分广阔。论文对金属板激光弯曲成形进行了实验研究及数值模拟研究。在实验研究中,分别进行了单因素实验、双因素实验和正交试验分析。通过对单因素和双因素实验结果的分析和讨论,得到成形参数对金属板弯曲角度的影响规律。利用正交试验分析方法,获得了影响最终弯曲角度的主要参数的主次关系,并得到了在实验范围内的一组最优参数。在数值模拟研究中,建立了金属板激光弯曲成形数值模型,进行了单次和二次激光扫描弯曲成形过程数值模拟。单次激光弯曲成形数值模拟结果与实验得到的规律相一致,模型具有实用价值;同时,模拟了成形过程中金属板的温度场、应力场、应变场的变化情况,对金属板激光弯曲成形机理进行了深入分析。二次激光扫描弯曲成形进行数值模拟结果表明,在足够长的冷却时间条件下,两次扫描弯曲成形过程类似,弯曲变形量最终值随扫描次数增加而增大,但第一次扫描得到的变形量较大。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-14
  1.1 论文选题背景及意义  9-10
  1.2 板材激光弯曲成形国内外研究现状  10-13
    1.2.1 国外研究概况  10-11
    1.2.2 国内研究概况  11-13
  1.3 论文的主要研究内容  13-14
2 金属板激光弯曲成形基本理论  14-27
  2.1 成形机理  14-16
    2.1.1 温度梯度机理  14-15
    2.1.2 屈曲机理  15
    2.1.3 增厚机理  15-16
  2.2 热弹塑性基本理论  16-20
    2.2.1 传热学基本原理  16
    2.2.2 材料的弹塑性性质  16-17
    2.2.3 热弹塑性问题理论分析的假定  17-18
    2.2.4 热弹塑性材料的本构关系  18-20
  2.3 成形过程温度场及应力应变场分析  20-27
    2.3.1 温度场分析的基本原理  20-23
    2.3.2 应力应变场分析模型  23-27
3 金属板激光弯曲成形的实验研究  27-41
  3.1 实验设备和实验方法  27-29
    3.1.1 实验设备  27-28
    3.1.2 实验方法  28-29
    3.1.3 角度的测量  29
  3.2 单因素实验及结果分析  29-36
    3.2.1 单因素法实验参数的选择  29-30
    3.2.2 激光功率对弯曲角度的影响分析  30-32
    3.2.3 扫描速度对弯曲角度的影响分析  32-34
    3.2.4 光斑直径对弯曲角度的影响分析  34-35
    3.2.5 板材尺寸对弯曲角度的影响分析  35-36
  3.3 双因素实验及结果分析  36-37
    3.3.1 双因素法实验的参数选择  36
    3.3.2 线能量密度对弯曲角度的影响分析  36-37
  3.4 正交试验及结果分析  37-41
    3.4.1 正交试验表建立  37-39
    3.4.2 结果及分析  39-41
4 金属板激光弯曲成形过程数值模拟  41-60
  4.1 热弹塑性成形过程的有限元模拟方法  41-45
    4.1.1 有限元法简介  41-43
    4.1.2 热弹塑性问题的有限元分析  43-44
    4.1.3 有限元分析软件ANSYS 简介  44-45
  4.2 金属板激光弯曲成形有限元模型建立  45-47
    4.2.1 几何模型  45-46
    4.2.2 单元选取  46
    4.2.3 材料性能参数  46-47
    4.2.4 动态激光源处理  47
  4.3 单次扫描激光弯曲成形数值模拟  47-56
    4.3.1 金属板激光弯曲的温度场分析  48-50
    4.3.2 金属板激光弯曲的位移场分析  50-52
    4.3.3 金属板激光弯曲的应变场分析  52-53
    4.3.4 板料激光曲线弯曲的应力场分析  53-54
    4.3.5 不同模拟参数对弯曲变形量的影响  54-56
  4.4 多道次激光弯曲成形数值模拟  56-60
    4.4.1 有限元模型建立  56
    4.4.2 温度场分析  56-58
    4.4.3 变形场分析  58-60
5 结论与展望  60-62
  5.1 结论  60-61
  5.2 展望  61-62
参考文献  62-65
致谢  65-66
攻读学位期间已发表的学术论文及参与科研项目  66

金属板激光弯曲成形实验及数值模拟研究

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