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激光成形是一种新型的板材柔性加工技术,以激光束作为热源局部加热金属材料,使材料完全在内应力的作用下发生塑性变形。温度场是激光成形过程的主导因素,直接决定了成形的质量和效率,而激光热源在时间和空间上的能量密度分布则决定了光束扫描过程中的温度场。本文从激光热源模式的角度出发,以有限元分析软件MSC.Marc为工具,建立了激光成形过程的三维弹塑性热力耦合有限元模型,并从温度场与弯曲角两个方面对模型的可靠性进行了验证。针对不同的能量分布方式和光斑形状,建立了能量高斯分布圆形光斑、能量均匀分布方形光斑、能量均匀分布矩形1/4光斑(长宽比1:4)和矩形光斑(长宽比4:1)四种不同的激光热源模式,在同等热输入条件下,对纯铝薄板的单轴弯曲过程进行了数值模拟研究。在此基础上分析了不同激光热源模式下板材正向弯曲的温度场和应力应变场特征,进一步对其反向弯曲特性进行了研究,并实现了正反向弯曲技术的初步应用。文中计算分析了不同光斑聚焦尺寸对薄板弯曲特性的影响规律,发现圆形光斑和矩形光斑具有较宽的成形区间,矩形1/4光斑和矩形4/1光斑的成形区间相对较窄;每一种激光热源,对应着一个临界光斑面积,当光斑面积增加到临界光斑面积时,板材的弯曲角方向由正转变为负,其中,圆形光斑热源模式下实现反向弯曲所需的临界光斑面积最大。通过对薄板激光成形过程中温度场与应力应变场的计算分析,发现仅在光斑辐照宽度内,板材厚度方向上才具有较为明显的温度梯度;能量高斯分布的圆形光斑获得了类似高斯分布的上下表面温度差分布特征,而能量均匀分布的方形和矩形光斑则形成了均匀分布的上下表面温度差分布特征;上下表面的塑性应变差和塑性区宽度决定了板材弯曲量的大小,圆形光斑和方形光斑可形成较大的上下表面塑性应变差,矩形1/4光斑则具有最大的塑性区宽度。综合分析,正向弯曲与反向弯曲时,均是采用矩形1/4光斑可获得最大的弯曲角,成形效率最高。高温区范围和厚度方向的温度梯度是影响弯曲角的重要因素;当光斑面积较大时,板材的应力大小成为影响弯曲角大小的又一重要因素。最终,根据数值模拟的计算参数,进行了同等尺寸板材正反向弯曲的试验研究,证明了预测规律的可靠性。