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合金板激光冲击成形的有限元分析

发布于:2016-05-24 20:07
有限元分析

      在航空航天工业中,由于产品形状的多样化和小批量,尺寸的稳定性和精度要求高,材料的比强度和比刚度大,传统方法加工困难等生产特点促使了该工业特别重视柔性高能的加工方法,而激光冲击成形技术恰好适应了这种要求。高能激光诱导的高压冲击波实现板料的动态塑性成形,是一种冲击波力作用下所产生的冷塑性成形技术,由于具有超快、高应变率的特点,可以使成形表面获得优异的表面质量和力学性能,如表面光洁、形成残余压应力和表面硬度提高等,成为集板材成形与强化一体的一种复合成形技术,下面对其进行有限元分析先容。
      自20世纪80年代以来,对激光冲击波应用技术的研究已较为广泛和重视。主要体现在两个方面:一是工程应用,为了改善金属零部件的抗疲劳性能,许多学者对激光冲击处理工艺以及激光设备系统进行了深入研究,二是理论基础研究,追求深入理解激光冲击的物理过程,冲击波和合金材料相互作用的机理。到目前为止,国内的很多大学单位合作,对激光冲击技术进行了较为系统的研究。本文对AlMg系合金中的Al-Mg-Sc进行了激光冲击试验研究。Al-Mg-Sc是热处理强化效果不大的合金,具有中等强度和良好的可焊性、耐蚀性和成形性,是航天航空、核能和舰船等国防军工尖端领域用新型轻合金结构材料。
      试验用材料为Al-Mg-Sc合金,其化学成分(质量分数,%)为66.73Al、17.44Mg、2.17Sc、4.24Fe、9.42Si。通过静力拉伸试验得到的该材料的主要性能参数如表1所示。试样尺寸为85mm×85mm,厚为1.6mm,吸取层选用86-Ⅰ型黑漆,厚度为0.5mm,用40mm×4mm的K9光学玻璃作为约束层。激光参数如下:波长1.054μm,脉宽20ns,光斑直径 7mm,激光束模式为准高斯分布。
      激光冲击后,板料的轮廓如图所示,可以看出,受到冲击载荷的作用,激光冲击面向下凹陷,未冲击面向外鼓突,形成近似圆锥形的轮廓,试件冲击表面形成十分致密的微凹光亮圈,冲击后的表面粗糙度小于冲击前的表面粗糙度。用三坐标测量机测量试样变形量,最大成形高度达到1.4mm。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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