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《山东大学》 2005年
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板料激光曲线弯曲成形的有限元模拟

张鹏  
【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:(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。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TG386

【引证文献】
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