船用中厚钢板激光弯曲成形过程数值模拟

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1、大连理工大学硕士学位论文船用中厚钢板激光弯曲成形过程数值模拟姓名：裴继斌申请学位级别：硕士专业：材料学指导教师：张立文20020601船用中厚钢板激光弯曲成形过程数值模拟摘要板材激光弯曲成形技术是利用激光束扫描金属板材时产生的热应力使板材成形的新工艺，在汽车、造船和航空等领域具有广阔的应用前景。激光束扫描板材时，在照射区域和邻近区域产生强烈的温度梯度，使材料产生非均匀的热应力分布，当热应力超过材料的屈服点时，材料发生塑性变形。本文使用有限元软件MSC．Marc对板材激光弯曲成形过程进行数值模拟。综合考虑材料的热物性和力学性能随温度的变化等因素，建立了三维热力

2、耦合模型分析船用中厚钢板激光弯曲成形过程，计算成形过程的温度和应力应变，并预测钢板最后的弯曲角度。为了验证数值模拟结果，对船用中厚钢板激光弯曲成形过程进行了实验研究。分别选用不同厚度、不同扫描速度和不同激光功率对金属板材激光弯曲成形进行参数研究，对温度和弯曲角度的变化进行实时测量。弯曲角度受材料力学性能、热物性以及工艺参数等因素的影响，随激光束扫描次数的增加而增大，是激光功率和扫描速度的函数。模拟结果与实验结果符合较好，从而验证了模型的适用性。关键词：激光弯曲成形：热应力；金属板材；数值模拟；有限元船用中厚钢板激光弯曲成形过程数值模拟AbstractLase

3、rformingisapromisingtechnologyinmanufacturing，suchasintheautomobile，shipbuilding．andaerospaceindustries．Theprocessutilizesthethermalstressinducedbylaserirradiationtoformsheetmetalintodifferentshapes．Thelocalnatureoflaserirradiationyieldshightemperaturegradientsbetweentheirradiateds

4、urfaceandtheneighboringmaterial，Thetemperaturedistributionmakesthematerialtoexpandnon—uniformly．thusleadingtonon-uniformthermalstressesWhenthethermalstressesexceedtheyieldpointofthematerial，thematerialdeformsplastically．Thelaserformingprocesshasbeensimulatednumerically．Fortheanalys

5、is，thefiniteelementcode‘MSC．Marc’isused．A3·DFEMsimulationhasbeencarriedout，whichincludesacoupledthermal-structuralanalysisaccountingforthetemperaturedependencyofthethermalandmechanicalpropertiesofthematerials．Theproposedmodeliscapableofcalculatingthetime-dependenttemperatures，stres

6、sesandstrainsduringthelaserformingprocess．Itcanalsopredictthefinalbendingangleofshipbuildingplates．Anexperimentwascarriedouttovalidthenumericalsimulation．Thesheetmetalofdifferentthicknesshadbeenperformedfordifferentscanningspeedsandlaserpowers．Themeasurementofreal—timetemperaturean

7、dbendinganglewascarriedout．Thebendingangleisaffectedbythemechanicalandthermalpropertiesofthesheetmetalmaterial，theprocessingparameters，andtheoutputoflaserenergy．ThebendingangleisincreasedwiththenumberoflaserbeamscanningpassesandiSthefunctionofthe1aserpowerandthelaserbeamscanningspe

8、ed．Thesimulationresultsare