金屬箔材飛秒激光沖擊成形的數(shù)值研究.pdf

1、飛秒激光沖擊成形（Femtosecond Laser Shock Forming，fs-LSF）是利用飛秒激光誘導的沖擊波使薄板或者箔材發(fā)生塑性變形的成形技術(shù)。無熱效應、定位精確、可控性好的特點，使其非常適合加工微小部件，在精密加工、微制造、微調(diào)整領(lǐng)域具有重大的應用前景。本文結(jié)合數(shù)值模擬和實驗，研究了銅箔材在飛秒激光沖擊下的成形規(guī)律。主要工作有以下幾點:
　　(1)基于雙溫模型，數(shù)值計算了飛秒激光作用下銅箔材的溫度場。通過對電子溫

2、度和晶格溫度演變過程的分析，研究了飛秒激光下，材料內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)移特征;研究了脈沖寬度、脈沖能量密度等對電子溫度和晶格溫度演變的影響規(guī)律，結(jié)果表明:激光脈寬增加，電子溫度降低，電子和晶格達到熱平衡的時間延長;激光能量密度越大，電子溫升越快，峰值溫度也越高，電子和晶格的耦合時間越長。
　　(2)在ABAQUS中建立飛秒激光沖擊成形的有限元分析模型，數(shù)值研究了激光脈寬、能量、沖擊次數(shù)和材料厚度對箔材變形行為的影響規(guī)律，結(jié)果表明:飛秒激光

3、沖擊條件下，凹坑由兩部分構(gòu)成:中心凹坑區(qū)域和邊緣過渡區(qū)域;數(shù)值研究所得的凹坑深度隨脈沖寬度、激光能量、沖擊次數(shù)的增大而增大，隨材料厚度的增大而減小;數(shù)值研究了飛秒激光沖擊條件下，材料內(nèi)部應力和應變特征，研究了應力波結(jié)構(gòu)、波速及衰減規(guī)律，結(jié)果表明:材料內(nèi)部同時存在彈性波和塑性波;塑性波波速隨激光能量的增大而減小;隨著傳播的深入，應力波的衰減速度減慢。
　　(3)進行了飛秒激光沖擊成形實驗，研究了激光脈寬、能量、沖擊次數(shù)等對箔材變形影