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基于晶体塑性的微尺度激光胀形数值研究

DOI：10.1016/j.ijmecsci.2020.105553 期刊：International Journal of Mechanical Sciences 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 微尺度激光胀形是一种创新且极具前景的微金属成形技术，在微电子工业中应用广泛。基于图像的Voronoi镶嵌法建立了不同初始晶粒尺寸的圆盘状多晶聚合体三维有限元模型，用于模拟纯铜箔的微尺度激光胀形过程。采用时空分布的激光冲击波压力使纯铜箔多晶聚合体发生变形?？⒉⑶度肓丝悸俏淮碓硕燃せ钣胝持屯弦分鞯冀锥蔚某叽缦喙赝骋痪逅苄员竟鼓Ｐ椭劣邢拊绦颍悦枋隹碛Ρ渎史段诘乃苄员湫涡形?。在不同激光冲击波压力和初始晶粒尺寸工况下，预测的纯铜箔最大胀形高度与实验数据吻合良好，所得厚度及表面粗糙度也与相应实验观测结果高度相关。通过交叉对比分析了模拟的等效应变与Mises应力残余分量，并进一步详细讨论了晶界对激光冲击波的影响。
作者： Wang Cheng，Wu Helong，Wang Xiaogui，Wang Chuanli，Wang Long
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

采用尺寸相关的统一晶体塑性本构模型研究纯铜箔微尺度激光鼓胀过程，以理解初始晶粒尺寸和激光冲击波压力对变形行为的影响。

研究成果

晶体塑性尺寸相关统一本构模型有效捕捉了初始晶粒尺寸对屈服应力的影响，并表征了流动应力的阿伦尼乌斯与非阿伦尼乌斯行为模式。该模型对最大鼓胀高度和表面粗糙度的预测与实验数据吻合良好。研究表明等效应变和米塞斯等效应力呈分区分布特征，其不均匀性随激光冲击波压力或初始晶粒尺寸增大而降低。晶界会影响激光冲击波的传播与衰减，在这些界面处产生异常压力变化。

研究不足

该研究未考虑材料损伤，这限制了其重现实验中观察到的颈缩现象的能力。此外，在极高激光冲击波压力下，由于缺乏损伤机制，模型的准确性可能受到影响。

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