板料激光曲线弯曲成形的有限元模拟

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1、山东大学硕士学位论文板料激光曲线弯曲成形的有限元模拟摘要板料激光弯曲成形是一种利用高能激光束扫描金属薄板表面，在热作用区产生强烈的温度梯度，导致非均匀分布的热应力，使金属板料发生塑性变形的工艺方法。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，因此受到了国内外众多学者及工程界的广泛关注．本文采用有限元分析软件ANSYS对板料激光弯曲成形过程进行了数值模拟，分析了成形过程的温度场及变形特点，并对成形工艺进行了优化设计．主要内容体现在：

2、(1)对矩形金属板激光直线弯曲成形过程进行有限元模拟，并比较了高斯分布和均匀分布热源的模拟结果，发现均匀热源的温度梯度比高斯热源下的温度梯度要大，最终产生的变形量也相对较大；(2)利用ANSYS二次开发语言(APDL)描述了基于扫描路径的激光束运动模型，编制了基于该扫描路径的初始网格划分及自适应网格重划分程序，利于提高计算精度及效率；(3)采用所编制的模块程序，实现了沿特定曲线扫描弯曲成形过程的有限元模拟。与直线扫描对比发现：板料上表面的材料发生了较大的横向收缩变形，而下表面的横向收缩较小，变形

3、量均比直线扫描情况下大．(4)通过数值模拟，系统研究了各技术参数对板料激光曲线弯曲变形的影响。结果发现：增加激光束功率，弯曲变形量显著增大；在定功率情况下。增加扫描速度，弯曲变形量呈减小趋势；在激光功率和扫描速度不变的情况下，增大激光光斑直径，板料的弯曲变形量随之减小，但当光斑直径增大到一定值的时候，光斑大小对弯曲变形量影响不大；弯曲变形量随面能量密度(P／(DV))的增加而增大；板料宽度越大，相同工艺参数下所能获得的弯曲变形量也越大：板料越厚，所获得的弯曲变形越小．(5)利用VB对ANSYS进

4、行封装，开发了金属板激光弯曲成形有限元分析系统，并可方便地对工艺参数及加工路径进行优化设计．关键词：板料，激光弯曲成形，有限元模拟，曲线山东大学硕士学位论文FiniteElementSimulationforLaserCurveFormingofSheetMetalsAbstractLaserformingisanewtypeofsheetmetalformingprocess．n地sheetmetalisformedbyasymmetricalthermalstresses．n地stresse

5、sareinducedbythetemperaturegradsofHAZwhenascanninglaserbeamgoesalongthesheet．Anditbasesonthepropertiesofmatcuial’Sthermalexpansion．Comparedwithconventionalformingprocess，ithasmanyadvantages．Dlmngthelaserformingprocess,noexternalforcesandharddiesarere

6、quired．Withthisprocess，8varietyofshapescanbeformed,andcvenbrittlematerialsmaybedeformed．Consequently,theengineeringfieldandnRfil．arO啦scholarspayextensiveattentiontoit．TllisdissertationtlS@StheFEMsoRwarcANSYStosimulatethewholeprocessofsinglelaserscann

7、ingonsheetmetal．Itanalyzesthedeformationfeaturesand3-Dtemperaturefieldsoflaserformingprocess．Tooptimizetheprocessparameters，Optimizationmethodisin廿oducedinnumericalsimulation．耶1econtentsareasfollows：(1)TheFEMsoRwareANSYSisusedtosimulatethelaserformin

8、gofrectangularsheetmetal．Theresultsofsimulationshowthatthechangeoftemperaturefieldintheheatofuniformitydistributingismol-eacutethanthatintheheatofgaussdistributing,andthefinallydistortiondisplacementiscomparativelylarger．(2)ANSYSParametricDesignLangu