为了进一步阐释激光弯曲成形以及边缘效应机理及其控制策略,基于ABAQUS有限元分析软件,建立了不锈钢-低碳钢-不锈钢层状复合板的激光热成形模型,对激光扫描过程中复合板的层间温度场与应力应变场进行了量化分析。研究发现:不锈钢与低碳钢导热性能的差异有利于弯曲角度的形成;造成边缘效应的主要原因是加热路径上温度及板内约束的非均匀化分布;重复加热的方式可以改善表面温度分布,提高成形精度。提出了4种新的扫描策略,最大可使表面温度的相对变化率降低36%,加热线上弯曲角的相对变化率降低51.8%,提高了成形精度,为工业化生产中复合板弯曲成形扫描策略的选择提供了参考。

利用激光作为热源可对发生热应力变形的板材进行矫形, 对于发生热变形的中厚板材, 其内部不可避免的会存在初始残余应力。为研究初始残余应力对板材激光热矫形过程中应力场的影响, 基于ANSYS有限元分析平台对板厚为8 mm的高强钢Q345板材热变形的激光热矫形应力应变场进行了数值模拟分析。分析结果表明, 上表面初始残余拉应力较大时, 在加热过程中加热区域会首先发生一定程度的拉应变。相同变形及矫形工艺条件下, 初始残余应力存在情况下的矫形量小于不考虑初始残余应力情况下的矫形量, 下表面残余拉应力对板材变形过程具有阻碍作用。对矫形前后板材表面应力分布变化进行分析, 认为上表面激光扫描区域的初始残余应力对最终残余应力水平影响较小, 而下表面的初始残余应力水平会影响其最终应力的分布情况。

考虑材料热物性参数和对流换热系数的非线性，以空气、纯水和2#分级油为介质环境，采用连续气流保护熔池，建立基体浸没式激光动态热加工过程的三维数值模型，对不同自然冷却介质中基体热响应温度场及残余应力场进行对比研究。结果表明，三种环境中的温度场规律基本一致，空气中基体温度最高。表面高温区域油冷效果明显，低温区水冷效果明显；油冷环境可有效控制重熔区和热影响区深度，而水冷环境材料表面可获得更大的温度梯度和冷却速度。不同介质环境对残余应力分布影响显著：空冷基体内部应力过大，且在两端应力有集中，整体以拉应力为主，而水、油环境中的热应力得到了及时释放，其中水冷环境对降低残余应力更为有效。

在实际工业生产中,许多构件的表面是由双曲面构成的,因此,研究复杂型面激光热成形加工工艺规划策略具有重要的现实意义。然而,作为一种无模成形工艺,激光加热路径和目标型面没有直接联系,这增加了工艺规划的难度。为了实现双曲率面构件的高精度激光热成形,基于交叉加热与板材预弯曲对塑性应变场影响的研究,提出一种新的工艺规划策略。该方法基于板材成形所需要的应变场,分别建立平板和预弯曲板工艺参数与残余塑性应变基本关系数据库以及上下表面应变比基本关系数据库,采用上下表面分别加热进行双曲率面工艺规划。实验结果表明,利用该加工策略,激光热成形面与目标曲面形状基本吻合。

在激光热成形中工件除了产生期望的弯曲变形外，还会产生非期望变形。尽管在常规热成形中可以不予考虑，但对于成形精度要求较高的工件，这些成形误差不仅会影响工件的装配精度，也会严重影响工件的使用寿命。为了减小成形工件的非期望变形，探讨优化的成形工艺，在分析激光热成形中温度分布与不同位置冷态材料对加热区域约束力变化的基础上，揭示出非期望变形的产生机制，并提出两种新的扫描策略。研究结果表明，选用不同的扫描策略，板材的非期望变形量不同。因此，在实际的工业应用中，需要针对不同的成形要求，选用不同的激光扫描策略，以提高工件的成形精度。

在复杂型面激光热成形工艺规划中, 激光需要在板材的不同位置进行加热, 加工出所需要的目标形状, 而加热位置不同板材的变形不同。为了实现板材不同加热位置加工工艺参数的选择, 分别探讨了温度梯度机制和屈曲机制条件下加热位置对板材变形的影响规律。研究结果表明, 在温度梯度机制条件下, 当加热位置远离自由端时, 加热位置对弯曲角的影响不大, 当加热位置距自由端较近时, 加热位置对弯曲角有较大影响; 在屈曲机制条件下, 加热位置不仅影响板材的弯曲角, 而且影响板材的弯曲方向。因此, 在复杂曲面工艺规划中为了更准确地确定加工工艺参数, 建立工艺参数与板材弯曲变形基本关系数据库,必须考虑激光加热位置对变形的影响。