中空激光加載及其板料成形特性研究.pdf

1、中空激光沖擊板料成形技術(shù)是在激光沖擊板料成形技術(shù)的基礎(chǔ)上延伸出來的研究課題，不但具有激光沖擊板料成形的高效、柔性、清潔等優(yōu)點，而且中空激光沖擊成形能夠避免實心激光沖擊時板料變形不均勻和層裂的問題，中空激光能量分布的特殊性，使板料塑性變形更充分，中空激光沖擊成形更具有發(fā)展前景。目前，中空激光的研究尚處于初級階段，本文主要研究中空激光加載及其成形特性，包括中空激光的形成，中空激光的加載分析，以及在中空激光加載下各試驗參數(shù)對板料成形的影響，為

2、以后中空激光沖擊成形實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。
　　 本文主要工作和結(jié)果有以下幾點:
　　 (1)分析中空激光的產(chǎn)生原理，通過對正、負(fù)軸棱錐光學(xué)元件的理論研究，提出并設(shè)計了一種通過對入射實心激光束束寬的改變，正、負(fù)軸棱錐之間間距的改變來實現(xiàn)中空光斑尺寸、光環(huán)寬度調(diào)節(jié)的中空激光束形成的新方法，加工出了適用于試驗的中空激光轉(zhuǎn)換光學(xué)裝置，并對中空激光的光束強度進(jìn)行了分析。
　　 (2)分析了激光束的波長、能量、時間特性、空間

3、特性、偏振特性等光束特性對光加工的影響;從理論的角度，研究分析了板料在激光加載時所受的壓力的時空分布、成形深度;應(yīng)用有限元的方法，研究了光斑內(nèi)外徑變化對板料變形的影響，以及中空激光加載下板料的速度、應(yīng)力、厚度的變化，結(jié)果表明當(dāng)內(nèi)外徑之比在0.3～0.5范圍內(nèi)時，板料底部較平整，成形效果好，在光斑內(nèi)徑附近板料的速度和應(yīng)力最大，厚度最薄。
　　 (3)進(jìn)行了中空激光與實心激光沖擊板料成形的對比試驗，結(jié)果表明，無論單次沖擊還是多次沖擊

4、，中空激光沖擊成形效果都優(yōu)于實心激光沖擊成形，中空激光沖擊后的板料變形均勻，形貌較好，塑性變形充分。通過測量中空激光沖擊后板料的成形輪廓、極限成形高度、關(guān)鍵部位的應(yīng)變，研究激光能量、板料厚度、光斑內(nèi)外徑之比、功率密度以及沖擊次數(shù)等沖擊參數(shù)對成形的影響，結(jié)果表明:采用中空激光進(jìn)行單次沖擊，在一定的范圍內(nèi)，能量越大板料的變形量越大，板料越厚板料的變形量越小，功率密度越大，板料的塑性變形越大;應(yīng)用中空激光進(jìn)行多次沖擊，在一定的范圍內(nèi)，板料厚度

5、越大，板料的成形深度越大，需要的沖擊次數(shù)越多，功率密度越大，達(dá)到板料破裂極限時，板料的塑性變形越小。同時考慮激光能量和沖擊次數(shù)對變形的影響，采用中空激光沖擊時，只要光斑相同，板料厚度相同，所用的總能量（單次沖擊能量與沖擊次數(shù)的乘積）一樣，當(dāng)板料達(dá)到處于臨界破裂狀態(tài)的特征時，其成形效果基本一樣。內(nèi)外徑之比越大，達(dá)到板料極限狀態(tài)所需沖擊次數(shù)呈增大趨勢，板料成形極限深度也逐漸增大。最大應(yīng)變的位置和破裂的位置都是在內(nèi)徑稍微向外一點，揭示了中空激