金属板材激光弯曲成形的数值模拟及实验研究

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1、金属扳材激光弯曲成形的数值模拟及实验研究摘要金属板材激光弯曲成形是一种新型的、具有高度柔性的板材加工方法。它是用激光照射金属板材产生的内应力使板材发生弯曲变形，无需模具和外力。特别适用于形状简单的单件、小批量工件的弯曲成形，在船舶、汽车、航空航天和微电子等领域具有广阔的应用前景。本文对用有限元分析软件MSC．Marc建立的船用中厚钢板激光弯曲成形三维热力耦合有限元模型进行了优化。利用温度位移数据采集系统对扳材激光弯曲成形实验中温度和弯曲变形量的变化进行实时测量，模拟结果与实验结果吻合较好，从而验证模型的准确性。使用优

2、化方法建立中厚船用钢板激光多次扫描弯曲成形的有限元模型，模拟计算了成形过程温度、弯曲变形及应力分布，总结了板材多次扫描弯曲成形中的一些规律，分析了这些规律产生的内部原因。对尺寸更大的船用钢板激光弯曲成形进行了实验研究，分析和讨论了大尺寸板材激光弯曲成形数值模拟的难点和主要应解决的问题，初步建立了成形过程的三维热力耦合有限元模型，计算了温度场、变形场和应力场的分布，分析了成形过程影响计算精度的因素。用残余应力场解释了不同厚度钢板多次扫描弯曲成形规律不一致的原因。本文还对厚度为2mm的OT4钛合金薄板激光弯曲成形进行了实

3、验研究，总结了激光参数对薄板弯曲角度的影晌规律。关键词：金属板材：激光；弯曲成形：数值模拟；有限元金属板材激光弯曲成形的数值模拟及实验研究AbstractLaserformingisarecentlydevelopedandhighlyflexiblemetalformingprocess．Ituseslaser．inducedthermaIstresstoshapeametalworkpiecewithouthardtoolingorexternalforces．Itisespeciallyapplyforform

4、ingsingleproductorsmallquantitymanufacturedproducts，whichmakesitpromisinginshipbuilding，automobile，aerospace，microelectronicindustriesandSOon．Inthispaper，the3-Dthermo—mechanicalcoupledfiniteelement(FE)modeloflaserbendingofmoderatelythickshipbuildingsteelplateis

5、optimizedthatisbuiltupusingthesoftwareMSC．Marc．Correspondingexperimentsareperformedtoevaluatetheaccuracyofthesimulation．TheFEsimulatedresultsagreewellwithexperimentalresults．Anoptimizedcoupledmodelisbuiltupthatdescribesthebendingprocessinasteelplatefollowingmul

6、tiple—irradiationoflaser．Thetemperature，displacementandstressdistributionaresimulatedusethemodel．Somerulesintheprocessaresummarizedandthereasonsareanalyzedaccordingtothesimulatedresults．Experimentsandsimulationrelatedtothelaserbendingofsteelplateswithlargerdime

7、nsionarecarriedout．ThedifficultiesandproblemsshouldberesolvedinsimulationarediscussedThetemperature，thedisplacementandthestressfieldsarecalculatedusingthefoundedmodel．ThefactorsinfluentprecisionofsimulationarediscIISSedandthereasonwhythedistortiontrendofdiffere

8、ntthickplatesarenotconsistentareexplainedbythecalculatedresidualstressdistribution．Inaddition，laserbendingexperimentsof2ram-thickOT4titaniumalloythinplateareperformedandthei