摘要
摘要
复杂型面铝合金壁板具有轻量化、强度高、气动力学性能好等特点，在航
空航天领域具有广泛的应用前景。传统加工手段难以实现复杂型面壁板的精密
成形，激光冲击成形工艺是解决复杂型面整体壁板制造难题的理想选择。激光
冲击成形是无模成形技术，模具强制性约束的缺失为变形控制带来极大困难。
基于传统的经验试错方法确定复杂型面壁板的成形工艺规划方案所需损耗极大，
而基于模型优化方法的工艺规划可以降低研发成本，缩短生产周期。因此，有
必要在明确工艺规律的基础上，建立工艺模型准确地描述激光冲击板料的变形
行为，服务于铝合金壁板精密成形的工艺规划。本文开展了变参数实验研究了
铝合金壁板激光冲击成形工艺规律，分别针对小变形和大变形建立了偏心固有
力模型和有限元模型用于描述板料的变形行为，为解决复杂型面铝合金壁板的
成形难题提供参考。主要内容如下：
铝合金壁板激光冲击成形建模分析。基于板料弯曲变形的固有应变控制方
程推导出基于偏心固有力的表达形式，以固有力和固有深度两个可转移固有物
理量定义偏心固有力，给出了固有物理量的反求方法，采用固有应变模型和文
献验证了偏心固有力模型。基于截面等效的思想将整体壁板简化为平板处理，
实现了偏心固有力模型在整体壁板弯曲变形预测的应用。
铝合金壁板激光冲击成形有限元模拟分析。根据矩等效和可传递性原则，
将固有应变载荷简化为均匀分布，并通过弧弓高反求简化后的固有应变。提出
了考虑加载历程和几何非线性的激光冲击成形有限元建模方法，实现了板料变
形的准确预测。探究了单曲率型面和双曲率型面两种典型全覆盖激光冲击成形
件的成形机理，并参数化地研究了应变幅值和几何形状对成形件形状的影响。
研究表明，展平效应引起结构失稳屈曲可形成单曲率型面，无展平效应或展平
效应未引起结构失稳屈曲可形成双曲率型面。随着固有应变幅值的增加、板厚
的减小、板边长的增大，成形件形状倾向于从双曲率型面过渡至单曲率型面。
铝合金壁板激光冲击成形工艺及表征。开展了激光冲击成形的参数化实验，
得到工艺参数作用规律，引入堆叠方式和有效激光冲击面积阐明工艺参数的作
用实质，提出弯曲系数比较不同工艺参数的弯曲能力。研究表明，工艺参数强
化弯曲变形的实质是增加了有效激光冲击面积，在特定的堆叠方式下，弧弓高
与有效激光冲击面积近似呈线性关系。相同有效激光冲击面积下，不同工艺参
数产生的弧弓高差异是由于其堆叠方式的不同所致。工艺参数的弯曲变形能力
I
摘要
排序为：Y搭接多层激光冲击XY搭接X搭接。
关键词：激光冲击成形；工艺参数；建模方法；偏心固有力；有限元模型
（内容及关键词用小4号字）
II
Abstract（TimesNewRoman小5号字）
Abstract
Aluminumalloypanelswithacomplexshape(AAPwCS)showgreat
applicationpotentialinaerospaceduetotheirlightweight,highstrength,and
excellentairdynamicproperties.Nevertheless,itisdifficultfortraditional
manufacturingmethodstoformAAPwCSprecisely.Laserpeenforming(LPF)
wouldbeanidealprocessforformingAAPwCS.SinceLPFisalsoaflexible
formingmethodwithoutanymolds,thelackofconstraintfrommoldsmakesthe
deformationhardtocontrol.Itw