中空雷射誘導衝擊波高應變率冷塑成形與極限判據

《中空雷射誘導衝擊波高應變率冷塑成形與極限判據》是依託江蘇大學，由姜銀方擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：中空雷射誘導衝擊波高應變率冷塑成形與極限判據
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：姜銀方
• 依託單位：江蘇大學

項目摘要

針對雷射衝擊成形變形不均勻，中心區域易出現局部嚴重減薄和層裂等現象，本項目採用中空雷射誘導衝擊波高應變率冷塑成形新方法，預研結果表明，板料成形性能有較大提高。項目研究中空雷射載入特性，探索其本構關係、變形機制和失效機制，提出中空雷射衝擊成形機制與極限理論判據，建立數學模型；研究中空雷射時空分布、幾何因子、約束因子等對板料成形的影響，探索其成形規律，確定中空雷射衝擊特徵參量，提出中空雷射衝擊成形技術方法；考慮不同應變率和層裂閾值，設計不同應變路徑，建立雷射衝擊成形極限圖（LSFLD），並採用LSFLD對中空雷射衝擊成形進行預測和控制。項目在中空雷射衝擊成形技術方法、成形機制與成形極限判據和LSFLD建立方面的研究具有明顯的創新。研究豐富了高應變率塑性成形理論，並為中空雷射衝擊成形技術的套用提供科學依據和技術支持，以實現金屬板料的快速高效、可控、綠色、柔性衝壓和融成形及強化於一體的成形新技術。

結題摘要

雷射衝擊成形下板料在變形中心區域產生破裂失效，失效影響了雷射衝擊載入下板料成形性能的發揮和提高，雷射衝擊成形技術的發展遇到瓶頸。為了解決這一問題，本項目提出採用中空雷射對板料進行成形的思路。研究工作取得了如下成果： 1. 建立了中空雷射衝擊成形系統。提出了一種可調空心光束內外徑的方法,提出金屬板料環形光斑雷射衝擊成形方法及裝置，設計並製造了中空雷射轉換裝置，建立了由中空雷射轉換裝置、實驗模具以及數控平台等組成的中空雷射衝擊成形系統；對中空雷射的能量分布進行了分析，推導了中空雷射衝擊波載入的空間分布。 2. 揭示了中空雷射載入特性，建立中空雷射衝擊成形的動態回響理論。對中空雷射誘導應力波的產生及傳播過程進行了探索，利用特徵線法對應力波在鋁合金薄板中的傳播、反射以及卸載的過程進行了理論分析；模擬探明了中空雷射誘導應力波的傳播規律和特性，為改善雷射衝擊成形性能提供了一條研究思路。 3. 揭示了中空雷射衝擊成形規律和成形性能，提出了中空雷射衝擊成形的成形理論。採用模擬的方法對中空雷射衝擊下板料動態回響過程進行了分析研究，包括速度、位移、應力以及厚度的變化；採用數值模擬和實驗的方法研究了中空雷射時空分布、幾何因子、約束因子等對板料成形和成形極限的影響，並對中空雷射與實心雷射衝擊成形差異進了對比研究。 4. 提出了雷射衝擊成形的破裂理論判據，建立了雷射衝擊波成形極限圖。 採用對常規衝壓成形厚度變薄率準則進行修正方法，通過公式推導形成了雷射衝擊成形的破裂判據，並對破裂判據進行了實驗驗證；通過數值模擬作出不同應變率狀態下的雷射衝擊成形極限圖，並且試驗製作雷射衝擊成形極限圖。 5. 以波紋膜片為例，探索了中空雷射衝擊成形預測及控制方法，提出了雷射衝擊成形精度控制理論。 6. 揭示了中空雷射衝擊成形中板料失效的時空分布特性和微觀機制。研究獲取了雷射衝擊下板料破裂的失效機制，以及不同失效機制和成形極限的關係；採用模擬和試驗相結合的方法研究了實心雷射和中空雷射衝擊下板料失效的時空分布特性，研究了中空雷射時空分布、幾何因子、約束因子等對雷射衝擊成形失效的影響規律；提出了板料在雷射載入下發生失效的微觀機制。