薄板高應變率雷射微噴丸成形機理與規律研究

《薄板高應變率雷射微噴丸成形機理與規律研究》是依託上海交通大學，由胡永祥擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：薄板高應變率雷射微噴丸成形機理與規律研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：胡永祥
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

雷射微噴丸成形是一種既能滿足複雜形狀薄板微構件成形要求，又能提高其使用性能的新型柔性無模微成形技術。本項目將系統研究微介觀尺度下薄板雷射微噴丸成形工藝理論與方法，特別是薄板高應變率變形本構關係與成形機理。針對薄板雷射微噴丸成形過程中高應變率和尺度效應雙重作用特點，基於細觀力學理論，研究薄板高應變率變形過程中應力應變特性，解決薄板Hopkinson壓桿實驗技術，建立應變率和尺度效應依賴的材料本構模型，實現二維衝擊波、率相關、尺度效應複合作用下成形過程高效數值建模；仿真與實驗結合分析成形過程中薄板動態變形演變機制、彎曲特性、殘餘應力與微觀組織，揭示不同工藝條件下雷射微噴丸成形機理，探索工藝參數對薄板幾何與物理特性的影響規律，實現成形工藝參數最佳化。本項目的研究將為建立雷射微噴丸成形工藝理論奠定基礎，對於推動微介觀尺度下高應變率動態塑性累積形變理論的發展具有重要的理論意義和工程實用價值。

結題摘要

雷射噴丸成形是一種既能滿足複雜形狀薄板構件成形要求，又能提高其使用性能的新型柔性無模成形技術。本項目研究中針對薄板高應變率雷射噴丸成形機理與規律、動態數值仿真、衝擊效應高效建模求解方法、高應變率塑性成形中的尺度效應等關鍵科學問題開展研究工作。首次揭示了薄板成形彎曲方向與彎曲角度隨板厚與功率密度的平滑轉變規律，提出”∨”與“∧”彎曲方向產生的兩種機理；提出了採用臨界阻尼抑制薄板瞬態殘餘振盪的方法，實現薄板成形動態彈塑性回響與變形的數值仿真；在建模中，引入固有應變理論，提出了大尺寸範圍雷射噴丸成形變形量和殘餘應力的高效近似計算方法；薄板雷射噴丸成形的尺度效應研究發現，在 “∧”彎曲條件下，如果晶粒尺寸大於塑性變形層深度，則晶粒尺寸與厚度尺寸效應對衝擊表面變形影響較弱，並且會出現由於應變梯度尺寸效應減小表面變形深度的現象。本項目關於成形機理、規律與尺寸效應的研究工作將有力推動雷射噴丸成形工藝理論基礎的建立與完善，關於成形過程建模方法的研究可為成形工藝規劃研究提供了有效途徑。