船用中厚板激光弯曲成形过程数值模拟及实验研究

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1、上海交通大学硕士学位论文船用中厚板激光弯曲成形过程数值模拟及实验研究摘要板材激光弯曲成形技术是一种利用高能激光束扫描板材，在板材内部产生不均匀的热应力使板材成形的新型工艺。与传统的成形方法相比，该工艺具有不需外力和模具、生产柔性大、加工成本低、成形精度高并能进行硬脆材料变形等优点，在航空航天、船舶、汽车和微电子等领域具有广阔的应用前景。本文使用有限元分析软件ANSYS对船用中厚板激光弯曲成形过程进行数值模拟。建立了三维热应力耦合模型，分析了成形过程的温度场、形变场及应力场变化规律，发现板材在激光弯曲成形过程发生明

2、显的绕X轴方向的弯曲，同时沿X轴方向和Y轴方向增长等一系列现象。为验证数值模拟结果，对船用中厚钢板激光弯曲成形过程进行了实验研究，采用激光位移传感器测量了板材弯曲高度，采用热电偶测量了激光扫描过程中板材节点温度实时变化情况，发现实验实测的结果与模拟计算结果相吻合，从而验证了数值模型的准确性。为进一步研究激光加工工艺参数与板材弯曲角度的关系，分别采用不同扫描速度、不同激光功率、不同光斑大小及不同扫描次数进行船用中厚板激光弯曲成形实I上海交通大学硕士学位论文验研究。发现在一定范围内板材激光弯曲角度随扫描速度的减小、激

3、光功率的增大、光斑直径的减小、扫描次数的增多而增大的规律。关键词：激光弯曲成形，热应力，金属板材，数值模拟，激光弯曲实验II上海交通大学硕士学位论文Numericalsimulationandexperimentalresearchonlaserformingofmoderate-thickshipbuildingsteelABSTRACTLaserformingisarecentlydevelopedsheetmetalformingtechnology.INtheprocessthenonuniformthe

4、rmalstressinducedbylaserirradiationisutilizedtoformsheetmetalintodifferentshapes.Comparedwithconventionalsheetmetalformingprocess，ithasmanyadvantages:duringthelaserformingprocess，noexternalforcesandharddiesarerequired，withthisprocess，avarietyofshapescanbeform

5、edandevenbrittlematerialsmaybedeformed.Thesemakelaserformingcanbeappliedinaerospace，shipbuilding，automobile，microelectronicindustriesandsoon.Inthispaper，thelaserformingprocessofmoderate-thickshipbuildingsteelplateissimulatedbyFEMsoftwareANSYS.A3-Dcoupledtherm

6、al-structuralFEMsimulationiscarriedout；thetemperature，deformationandstressdistributionofirradiatedplatearesimulated；thesefieldsareanalyzedandaseriesofconclusionsaresummarized：steelplatewillbebendedaroundthex-axis，andthedimensionwillincreaseinX-axisIII上海交通大学硕士

7、学位论文andY-axisdirection.Correspondingexperimentsareperformedtoevaluatetheaccuracyofthenumericalsimulation.Alasersensorisusedfordeformationdetection，andathermocoupleisusedfortemperaturedetectionduringtheexperiment.Itisfoundthattheexperimentalresultsagreewellwit

8、hsimulatedresults.Forfurtheranalysis，theexperimentsoflaserformingareperformedwithdifferentscanningspeeds，laserpowers，laserfocaldimensionsandscantimes.Theconclusionismadethatinacertainrang