薄板高应变率激光微喷丸成形机理与规律研究

激光微喷丸成形是一种既能满足复杂形状薄板微构件成形要求，又能提高其使用性能的新型柔性无模微成形技术。本项目将系统研究微介观尺度下薄板激光微喷丸成形工艺理论与方法，特别是薄板高应变率变形本构关系与成形机理。针对薄板激光微喷丸成形过程中高应变率和尺度效应双重作用特点，基于细观力学理论，研究薄板高应变率变形过程中应力应变特性，解决薄板Hopkinson压杆实验技术，建立应变率和尺度效应依赖的材料本构模型，实现二维冲击波、率相关、尺度效应复合作用下成形过程高效数值建模；仿真与实验结合分析成形过程中薄板动态变形演变机制、弯曲特性、残余应力与微观组织，揭示不同工艺条件下激光微喷丸成形机理，探索工艺参数对薄板几何与物理特性的影响规律，实现成形工艺参数优化。本项目的研究将为建立激光微喷丸成形工艺理论奠定基础，对于推动微介观尺度下高应变率动态塑性累积形变理论的发展具有重要的理论意义和工程实用价值。

激光喷丸成形是一种既能满足复杂形状薄板构件成形要求，又能提高其使用性能的新型柔性无模成形技术。本项目研究中针对薄板高应变率激光喷丸成形机理与规律、动态数值仿真、冲击效应高效建模求解方法、高应变率塑性成形中的尺度效应等关键科学问题开展研究工作。首次揭示了薄板成形弯曲方向与弯曲角度随板厚与功率密度的平滑转变规律，提出”∨”与“∧”弯曲方向产生的两种机理；提出了采用临界阻尼抑制薄板瞬态残余振荡的方法，实现薄板成形动态弹塑性响应与变形的数值仿真；在建模中，引入固有应变理论，提出了大尺寸范围激光喷丸成形变形量和残余应力的高效近似计算方法；薄板激光喷丸成形的尺度效应研究发现，在 “∧”弯曲条件下，如果晶粒尺寸大于塑性变形层深度，则晶粒尺寸与厚度尺寸效应对冲击表面变形影响较弱，并且会出现由于应变梯度尺寸效应减小表面变形深度的现象。本项目关于成形机理、规律与尺寸效应的研究工作将有力推动激光喷丸成形工艺理论基础的建立与完善，关于成形过程建模方法的研究可为成形工艺规划研究提供了有效途径。