激光热成形作为船体外板曲面成形的新工艺, 具有良好的加工柔性, 且能够实现对加工参数的精确控制, 是实现曲面成形工艺的最佳选择。传统的热弹塑性有限元方法对大尺度板材计算需要大量的时间, 本文通过热弹塑性有限元法, 获取加工塑性应变分布, 确定固有应变等效方法, 提出小尺度-大尺度板固有应变映射法。基于激光加工实验平台, 进行激光热成形实验, 结合变形测量, 该方法与实验结果间的平均相对误差为5.27%, 验证了该方法的有效性; 相比热弹塑性有限元仿真, 该方法节约了147倍的计算时间。

扭曲面作为一种典型三维曲面件, 有着广泛的应用, 但由于形状复杂, 成形困难。激光热成形利用热累积成形, 加工中不直接接触板件, 具有很好的加工柔性, 是三维曲面件成形的重要工艺途径。阐述了扭曲面激光热成形工艺内容, 通过曲面展开算法, 获取展开曲面形状; 利用特征应变, 形成激光加热路径在展开曲面上的分布; 结合工艺数据库, 完成各激光加热路径上的加工参数确定。基于激光加工实验平台, 对扭曲面进行了实验加工, 结合形貌测量, 扭曲面的形状均方误差为421.2 μm, 验证了提出的曲面展开、加工路径和工艺参数规划方法的有效性, 为复杂曲面成形提供了技术方法。

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。