钛合金薄板激光弯曲成形数值模拟及优化设计研究硕士论文

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1、合肥工业大学硕士学位论文钛合金薄板激光弯曲成形数值模拟及优化设计研究姓名：喻佳申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：薛克敏20090401钛合金薄板激光弯曲成形数值模拟及优化设计研究摘要激光弯曲成形是一种高效的柔性成形技术，其利用高能激光束在材料表面扫描而形成热应力，在热应力作用下对工件成形，特别适用于冷加工难以成形的硬且脆，或刚性大的材料，比如陶瓷、钛合金等。TAl5合金是一种近a型钛合金，既具有中等强度和良好的热稳定性，又具有a型钛合金良好的热强性和可焊性，以及接近于a．B型钛合金的工艺塑性，因此在航空航天

2、领域获得了广泛的应用。但是钛薄板冷成形加工技术比较困难且回弹较高，因此一般进行热加工。然而采用传统的热成形工艺周期长、成本高，故利用激光弯曲成形这种新兴的热加工工艺可充分发挥其独特优势，并且也很有现实的意义。本文针对钛合金激光成形的特点，采用有限元分析软件MSC．Mare建立了三维热力耦合模型，实现了TAl5合金薄板多次激光弯曲成形过程的仿真。研究了该成形过程中板料的温度场、变形场和应力场的变化规律，以及不同工艺参数、几何参数及扫描轨迹对成形的影响规律。同时通过正交试验对激光功率、光斑直径、扫描速度、距自由端距离以及扫

3、描间隔时间这5个参数进行了分析，获得了特定参数范围内的最佳工艺参数组合。然后分别建立BP网络和遗传神经(GA．BP)网络模型来进行激光弯曲成形角度预测，以综合利用遗传算法的全局优化能力和BP神经网络的局部搜索能力。本文将这两种模型分别应用到激光弯曲角度的预测中，选取影响成形的主要参数作为网络的输入，弯曲角度作为网络的输出。基于MATLAB软件平台，实现了这两种网络对激光弯曲角度的预测功能。将GA-BP网络模型与BP网络模型相比较，结果表明这两种网络网络用于激光弯曲角度预测均是可行和有效的，而GA．BP网络具有更快的运算

4、速度和更高的预测精度。关键词：激光弯曲；TAl5合金；数值模拟；BP神经网络；遗传算法StudyonNumericalSimulationandOptimizationDesignofLaserBendingofTitaniumAlloySheetsABSTRACTLaserbendingisanefficientflexiblemanufacturingtechnology，whichisrealizedbyintroducingthermalstressintothesurfaceofaworkpiecewitho

5、utmelting．Formingisachievedbyscanningwithahighpowerlaserbeamoverthesurfaceofthematerial．Thistechnologyisespeciallycapableofshapinghardandbrittleorothermaterialswithgreatrigidity,suchasceramicsandtitaniumalloys．TAl5alloyissuchanewnear—alphatitaniumalloywhichnoton

6、lyoffersthemoderatestrengthandgoodthermalstability,buthasexcellentheatresistanceandweldabilitylikealphatitaniumalloysandtechnicalplasticityclosetoalpha—betatitaniumalloys．Becauseofitsexcellentproperties，ithasbeenfoundanincreasinglywideapplicationinaerospaceindus

7、try,butitscoldformabilityisbadandreboundisveryhigh．Sotitaniumalloyiscommonlyhotformed．Thecycleofthelaserbendingproductionisshorterandthecostislowerthanthatofconventionalhot—formingtechnology．Therefore，itisrealisticallysignificanttoapplylaserbendingtotitaniumallo

8、ys，andtheuniquedominanceofthiskindofnewhot—formingtechnologycouldbemadefulluseof．Inthispaper，athree—dimensionalthermal—mechanicalcoupledfiniteelementanalysismodelofTA