单曲率板材激光弯曲成形过程的有限元模拟

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1、万方数据第37卷第1期V01．37No．1锻压技#FORGING＆STAMPINGTECHNOkOGY2012年2月Feb．2012单曲率板材激光弯曲成形过程的有限元模拟张立文，朱智。顾森东，张建林(大连理工大学材料科学与工程学院，辽宁大连116023)摘要：利用有限元软件MSC．Marc建立了单曲率板激光弯曲成形过程的热力耦合有限元模型。计算并分析了激光弯曲成形过程中板材内部的温度场、应力场和位移场。此外，还研究了扫描线的长度和单曲率板的初始形状对激光弯曲成形的影响。结果表明：随着扫描线长度的增加，板材的弯曲变形量增大；随着单曲率板曲率的增加，板材的弯曲变形量减小。实验结果验证了模型的可靠性

2、。关键词：激光弯曲成形；单曲率板；有限元模拟DOI：10．3969／j．issn．1000-3940．2012．01．013中图分类号：TG386文献标识码：A文章编号：1000-3940(2012)01-0045-04FiniteelementsimulationoflaserbendingformingprocessforsinglycurvedplateZHANGLi-wen，ZHUZhi，GUSen-dong，ZHANGJian-lin(SChooIofMaterialsScienceandEngineering，DalianUniversityofTechnology，Dalian1

3、16023，China)Abstract：Athermo-mechanicalcoupledfiniteelementmodelwasdevelopedtosimulatethelaserbendingformingprocessofsinglycurvedplateusingthefiniteelementsoftwareMSC．Marc．Thetemperaturefield，thestressfieldandthedisplacementfieldduringthelaserbendingformingprocesswerecalculatedandanalyzed．Furthermor

4、e，theeffectsofthelengthofscanninglineandtheinitialshapeofsinglycurvedplateonthelaserbendingformingwereinvestigated．Theresultsindicatethatthebendingdeformationincreaseswiththeincreaseoflengthofscanningline，whiledecreaseswiththeincreaseofcurvatureofsinglycurvedplate．Thereliabilityoffiniteelementmodelw

5、asverifiedbytheexperi—mentalresults．Keywords：laserbendingforming；singlycurvedplate；finiteelementsimulation激光弯曲成形是一种新型的金属板材柔性成形技术。它是利用激光束扫描金属板材时形成的非均匀温度场所引起的热应力来实现塑性变形的成形方法。作为一种基于热态积累的成形方法，与传统金属成形工艺相比，它具有不需要外力和模具、生产柔性大、生产成本低和成形精度高等特点，特别适合高硬脆性材料的成形和小批量零件生产，在船舶、汽车、航空航天和微电子等领域具有广阔的应用前景。在船舶制造领域中，应用激光弯曲成形

6、技术来实现船舶外板的曲面成形[1]。船舶外板分为鞍型板和帆型板两类。通常加工双曲率型面的板材有两种方法：一种方法是利用激光直接加热平板实现双曲率型面的三维成形，但此种方法的激光加热路径较长，加工效率较低，不利于实现激光弯曲成形的加工自动化[23；另一种方法是根据目标型面的肋骨线形状确定辊轧半径大小，收稿日期：2011—09-07；修订日期：201卜11—18基金项目：国家自然科学基金资助项目(50075013)作者简介：张立文(1962一)，男，博士，教授电子信箱：zhanglw@dlut．edu．cn先辊轧一个方向的曲率，然后用激光加热形成另一个方向的曲率，如图1所示，这种方法的优点是激光加

7、热路径较短，加工效率高，实际造船领域中船舶外板的加工大多采用这种方法。图l船舶外板的加工过程Fig．1Productionprocessofshiphull目前，学者们对板材的激光弯曲成形做了大量的工作[312

8、，然而，大多数的研究都是针对平板的激光弯曲成形展开的，而对预弯曲板的激光弯曲成形研究的则非常少。本文针对实际造船领域中船舶外板的制造工艺，应用大型有限元分析软件MSC．Marc建立单曲率板