激光沖擊微調校實驗與數值模擬研究.pdf

1、近年來，隨著生物、醫(yī)療器械和微機電系統(tǒng)的迅速發(fā)展，產品逐漸趨于微型化與精密化，微型零部件變得越來越重要。作為一種微型零部件，微機械懸臂梁因在傳感器中的應用受到廣泛的關注，與之相關的懸臂梁微構件的調校技術也顯得越來越重要。
　　本文提出了一種新穎的激光沖擊微調校方法，旨在調節(jié)微構件的彎曲曲率和彎曲方向，實現(xiàn)高精度曲率的調節(jié)與校正，保證其位置精度。本文首先研究了激光沖擊微調校方法的關鍵基礎理論，包括其技術原理、激光與物質作用的力效應模

2、型、高沖擊載荷下材料的動態(tài)響應等問題。
　　其次，設計并搭建了激光沖擊微調校試驗系統(tǒng)。在微調校實驗研究中，分析了激光沖擊后表面燒蝕狀況及沖擊區(qū)域表面粗糙度的變化情況，同時分別研究了激光作用參數（包括激光沖擊能量、激光沖擊位置和激光沖擊次數）和所采用的約束層和吸收層對調校結果的影響。實驗結果顯示:通過改變激光作用參數，懸臂梁試樣可以產生不同的彎曲位移和彎曲方向;通過分析沖擊區(qū)域內外的表面粗糙度的變化情況可知，在一定條件下，沖擊區(qū)域比

3、非沖擊區(qū)域擁有更低的表面粗糙度，激光沖擊能起到改善工件表面質量的作用;通過分析不同沖擊位置下激光沖擊微調校的變形情況，提出了沖擊慣性機制和材料流動機制，這兩種機制可以較好的解釋和預測激光沖擊微調校過程中的彎曲行為。
　　接著，根據沖擊載荷的作用機理以及材料的動態(tài)響應過程，采用ANSYS與ANSYS/LS-DYNA有限元分析軟件對激光沖擊微調校過程進行了數值仿真，通過對比研究實驗結果和模擬結果，可以看出模擬結果與實驗結果有較好的吻合

4、，證明了數值模型的正確性。更進一步，通過激光沖擊微調校形變過程的數值仿真，驗證了所提出的沖擊慣性機制和材料流動機制。
　　最后，面向寬度尺度較大的微構件的微調校，本文還提出了激光搭接沖擊微調校方法。通過搭接調校試驗和數值模擬研究了激光能量，沖擊位置，沖擊次數和搭接率這四個因素對懸臂梁試樣的彎曲角度與彎曲方向的影響。另外，殘余應力分布的結果表明:在厚截面處的調校過程類似于激光沖擊噴丸，而在薄截面處的調校過程類似于激光拉伸成形。研究還