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1、Al-Mg-Sc合金板料激光冲击成形的有限元分析     1 引言 板料激光冲击成形是近年来出现的一种柔性精密无模成形新方法，它能通过高能激光束对板料的逐点逐次冲击，积小变形成宏观的大变形。激光冲击成形是在激光冲击强化基础上发展而来的，用于金属板料塑性成形的一种新技术，它是利用激光诱导的冲击波压力作为板料塑性成形的变形力，从而实现金属板料的宏观塑性变形。与激光冲击强化相比，约束的解除为板料的成形提供了空间。图1为实验装置示意图. 金属板料激光冲击波成形涉及激光与材料的相互作用、冲击波传播及其对材料的加载机制、动态塑性成形理论以及冲压成形工艺等众多学科。受

2、到激光器等硬件条件的制约，目前国内能开展激光冲击成形试验的研究机构尚且不多，并且试验费用也是不小的开支，而冲击成形又是一个极其复杂的过程，存在很多不确定性因素。以上原因大大限制了对于激光冲击成形技术的研究应用。在这种情形下，采用计算机数值模拟技术来获得板料变形与激波加载之间的规律不失为一种行之有效的方法。因此本章将借助于有限元分析软件对金属板料激光冲击成形过程进行模拟，为将来建立变形量与激光能量等参数之间的关系以及大面积冲击成形的理论研究和软件编制提供依据。MSC. Marc对此过程进行模拟，以便于将模拟结果和试验结果进行比较，优化激光参数。2金属板料激光冲击成形模拟过程 激光冲击成形模拟前要

3、处理的是:建立模型，将所求问题图形化:指定单元类型;给出材料数据;对模型进行加载;设置边界条件;选择适当的求解器并设置输出要求;求解;查看计算结果。2.1建立模型 激光冲击成形所用的模型为约束模型，即激光辐照能量转换体生成等离子体并发生爆炸产生强冲击波压力作用于金属板料表面，使金属板料产生宏观塑性变形，这一过程比较复杂，涉及能量转换体如何吸收激光能量、等离子体怎样产生和爆炸、冲击压力波的传播以及金属板料产生宏观塑性变形等等。由于金属板料的成形与作用在其上的冲击波的压力和作用时间直接相关，其中，冲击波的压力是与激光参数、能量吸收层、约束层等因素决定，因此在对金属板料激光冲击成形进行模拟时，不再对

4、冲击波产生和传播进行模拟，而是根据有关冲击波理论和已有的研究，将激光诱导的冲击波简化为作用在冲击区域内随时间变化压力载荷，然后将其作为载荷直接作用在金属板料表面。图2为激光冲击模型示意图。2.2网格划分及单元选取MSC2.3边界条件定义 激光冲击成形过程中边界条件的处理对整个分析过程来说是比较重要的一环。这在多点，多次冲击的时候尤为重要。实际在激光冲击成形过程中，边缘板料沿板料面内的自由度没有限制，压边圈的存在只是限制了板厚方向的自由度，由于单次激光冲击下板料的变形量在mm级，经过试验研究发现板料变形后的尺寸在径向方向很小，这样在模拟的时候就可以对边界条件进行简化处理，既可以将压边圈压住的部分自由度全部限制住.这对最后的变形结果影响不大。板料固定在凹模基座上，板料在其平面内的转动、移动都没有受到限制，

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