脉冲激光激励下样品内热源的剖面重构

建立合适的物理实验及理论模型,通过理论解析得到激光热源的正反演公式及格林函数,并通过数值计算对不同类型分布的激光热源作剖面重构.数值结果验证了所用方法的可行性及有效性.激光热源分布的获得对进一步了解材料光学性质、激光与物质的相互作用等方面有很大帮助.     

单端泵浦激光晶体温度分布的半解析热分析

针对目前数值分析法对光纤耦合激光二极管端面泵浦激光晶体温度场研究精确度不高的问题，从解析分析理论出发研究了受到具有高斯分布的泵浦光端面入射的激光晶体内部温度场的分布情况，建立了符合激光晶体工作状态的热模型．通过热传导方程，利用半解析方法对其进行了求解，得出了激光晶体内部温度场分布的通解形式，同时对影响激光晶体内部温度场分布的各种因素进行了研究．研究结果表明：当使用输出功率为10W的二极管激光器端面泵浦掺钕钇铝石榴石晶体(晶体掺钕离子的质量分数为1．0％)时，在晶体端面获得了49．1℃的最大温升．这种方法还可以应用到激光系统内的其他热问题研究中，为有效地解决激光系统中的热问题提供了理论依据．     

Fe-Mn-Si记忆合金激光焊接数值模拟

利用有限元方法,对Fe-Mn-Si记忆合金平板激光对接焊的温度场和应力场进行三维数值模拟。根据激光焊接特点,建立表面高斯热源和锥形体热源结合的复合热源模型,并编制APDL子程序实现焊接热源的加载和移动。结合材料非线性、相变潜热、边界换热条件等因素,通过模拟计算得到焊接过程中瞬态温度场分布和熔池尺寸,并分析整体温度场分布、焊接热循环特性。焊缝熔合线和尺寸的模拟结果与实际结果吻合良好,验证了模型的正确性。在温度场计算结果基础上,利用间接耦合法,对Fe-Mn-Si记忆合金激光焊的动态应力场和残余应力进行模拟计算,得到焊后最大残余应力为247 MPa,接近其屈服强度。     

异厚度铝锂合金激光焊接温度场数值模拟研究

对异厚度铝锂合金激光拼焊的温度场进行ANSYS三维瞬态有限元分析。用过渡网格划分网格以保证焊缝处网格足够细小,从而提高计算精度和效率。热源模型选取高斯函数分布,移动热源的加载则利用ANSYS软件的APDL语言编写程序实现,同时利用多步循环来实现对激光焊接过程的模拟,得到相应的温度场分布。从模拟结果可看出,激光焊接过程温度场呈椭圆分布,焊件上形成了准稳态温度场。薄厚两板温度场存在差异,薄板温度场范围、熔池尺寸、熔化范围均大于厚板。为研究材料在激光加工过程的性能改变提供参考。     

强激光作用下单晶硅的热畸变特性研究

高功率激光已经广泛应用于核聚变、激光加工、激光化学以及材料处理等领域.在强激光的辐照下,由于大量光子进入材料体内被吸收,局部蓄热,因而形成较大的温度场梯度.考虑到有限厚介质的表面热对流,利用格林函数方法理论计算了硅基板的三维温度分布和热变形,给出了硅基板温度分布和热变形跟基片半径和厚度的关系表示式以及关系曲线图.计算结果表明:温升不仅与介质的吸收系数密切相关,而且与对流换热系数有关.在激光照射的初始阶段,基片热变形量迅速增加;其后,随着激光照射时间的增加,热变形增加量逐步变缓.     

脉冲激光处理硅钢片导热方程有限差分解

建立温度场的数学物理模型，采用有限差分法求解材料在脉冲激光热源作用下具有复杂边界条件温度分布，研究激光与材料相互作用的温度时空特性，对于分析材料的热吸收效应和处理硅钢片具有理论和指导意义。     

激光深熔焊热源模型的研究现状

综述了激光深熔焊热源模型的数值模拟的研究现状。小孔模型多用于解释小孔内部作用机理．双椭球体热源模型能较好地模拟大深宽比的穿孔型焊接过程，但在热流分布区域及变化规律方面都不能准确描述激光深熔焊热输入。三维锥体热源只考虑了热流作用半径沿厚度方向的变化，没有考虑激光能量在小孔内的沉积效应。柱状体积热源模型热流密度均匀分布反映激光深熔焊时能量在厚度方向上的分布趋势。旋转体热源按热流峰值、热流密度和热源作用半径变化规律分对数曲线旋转体热源，抛物线旋转体热源等。抛物线旋转体热源最合理，既考虑了激光深熔焊焊缝横断面形状特征，又顾及了热量沿焊件厚度方向的分布特点，能比较准确模拟激光焊焊接时的温度分布。     

基于二维温度场理论的激光淬火工艺参数研究

基于激光淬火的二维温度场理论,通过对温度场分布公式的拟合简化,出激光淬火硬层理论宽度及深度计算公式,讨论了产生最大硬层深度和宽度的条件。从理论上说明了激光淬火工艺参数对淬硬层深度和宽度的影响。在对QT800－2进行了激光淬火实验中,淬火硬化层实测宽度和深度的实验值与理论计算值之间的误差大约为10％,得到了令人满意的结果。     

基于二维温度场理论的激光淬火工艺参数研究

基于激光淬火的二维温度场理论 ,通过对温度场分布公式的拟合简化 ,推导出激光淬火淬硬层理论宽度及深度计算公式 ,讨论了产生最大淬硬层深度和宽度的条件 从理论上说明了激光淬火工艺参数对淬硬层深度和宽度的影响 在对QT80 0 - 2进行的激光淬火实验中 ,淬火硬化层实测宽度和深度的实验值与理论计算值之间的误差大约为 1 0 % ,得到了令人满意的结果     

家用微波炉炉腔内电磁场分布的解析计算

从小孔耦合理论出发,设置耦合窗的等效源并利用矩形腔体谐振模式展开,推导出家用微波炉炉腔内电磁场分布的解析表达式,这种结果与ＦＤＴＤ法的计算结果有较好的一致性,证明了该方法的有效性。     

焊接温度场的三维动态有限元模拟

焊件在快速加热和冷却过程中温度场的正确描述是进行组织转变和焊后接头力学性能分析的前提条件．焊接温度场的准确计算必须建立起准确的热传递数学模型和符合焊接生产实际的物理模型．文中采用Goldak热源分布模型，将熔池看成是双椭球的盘，其表面上热量是按高斯分布的函数，内部用双椭球函数来表示其分布，并应用SYSWELD软件的校正工具，根据具体的焊接工艺和条件对热源进行校正；考虑了材料热物理性能参数与温度的非线性关系，建立了焊接过程的数学模型和物理模型，以低合金结构钢的堆焊为例，对其温度场进行了三维动态模拟．其结果与实验值完全吻合．     

组合热源模型下焊剂片约束电弧焊温度场预测

通过反演法将高斯面热源与柱型体热源耦合构建成组合热源,再运用软件ABAQUS对焊剂片约束电弧焊高强钢T形接头在此组合热源作用下形成的温度场进行数值模拟.模拟过程中着重考虑了夹具与工件之间的接触传热.通过将模拟结果与实验结果对比,发现模拟与实验所得焊缝形貌、以及各测试点焊接热循环曲线基本吻合,从而验证了有限元分析中使用该组合热源模型预测焊剂片约束电弧焊温度场的可行性和有效性.对T形接头温度场分布研究发现,模拟的T形接头的面板和芯板在厚度方向温度分布均匀.对热循环曲线的分析中发现,夹具在工件冷却阶段的作用明显,为此对焊接热影响区范围进行数值预测,预测结果与实验结果吻合.     

不锈钢薄板大功率激光点焊温度与应力特性研究

以0.5 mm厚的304不锈钢薄板为研究对象,采用热-结构间接耦合法,获取其在3 000 W功率光纤激光器点焊加工过程中温度场和应力场的分布特点及变化特性.在温度场模拟过程中采用修正的锥形热源模型,并将模拟得到的焊点形状与实验得到的形状进行对比.结果显示:运用该修正热源模拟得到的温度场分布特点与实际加工过程相吻合; 模拟得到熔池的凝固速度均在4 000 K·s^-1以上,属于远离平衡态的快速凝固; 在焊接过程中,计算域的最大等效应力均分布在夹具位置,且在熔池周围出现环状的高应力区.     

焊剂片约束电弧焊T形接头温度场有限元模拟

为了研究构成I型金属三明治板的基本焊接单元T形接头在焊剂片约束电弧焊(flux bands constrained arc,FBCA)作用下的温度场分布规律,以非线性有限元软件ABAQUS为平台,开发了适用于FBCA焊接T形接头温度场计算的有限元方法.对比了计算结果与测量结果的同时,研究了面板与芯板各自路径上的热量分布情况.结果表明:FBCA焊T形接头面板部位温度场沿焊缝中心呈对称分布,接头热量主要集中作用于面板处.采用复合热源模型计算所得特征点热循环曲线分布规律与实际红外热像仪测量结果重合度较高,计算所得焊缝截面温度分布形貌和热影响区宽度与实际接头形貌相吻合,有效验证了复合热源模型计算FBCA焊接T形接头温度场的准确性.     

激光功率与扫描速度对45钢薄板焊接温度场的影响

采用SYSWELD有限元模拟和激光焊接红外测温方法,研究了激光功率与扫描速度对45钢薄板焊接温度场的影响。结果表明,焊接温度随着激光功率的增大而升高,随着扫描速度的增大而降低,且在激光功率较大和扫描速度较低时,其变化对焊接温度影响较大。在激光快速加热/冷却条件下,不同参数下的焊接初始温度与终了温度存在差异,通过调整合适的激光参数可获得相对稳定的焊接温度分布。在热影响区作用下,各焊接节点温度下降相对缓慢,且这一过程随着激光功率和扫描速度的增加而逐渐延长。为了提高焊接效率而同时增大激光功率和扫描速度不利于热变形的控制。     

焊缝熔合区焊接热循环模拟计算公式的研究

通过对埋弧焊及活性气体保护焊在不同规范、不同板厚、不同坡口形状及不同预热温度下的焊缝熔合区不同位置热循环的测定,了解和探讨了诸因素对焊接热循环及T_(8/5)r的影响规律。在此基础上,对传统的Rosenthal有限板厚点热源准稳定温度场解析式进行了修正,提出了热源位置应与焊缝横断面最高温度相对应、计算的反射级数应为1左右等新的看法,并确定了适用于低碳低合金钢计算的导温系数,同时解决了不同预热温度、不同坡口形状下的热循环计算。经过修正,计算的热循环曲线与实测曲线吻合较好。     

激光深熔焊接下临界功率的确定

在准稳态传热控制模型的基础上,推导了激光焊接热传导问题的有限差分方程。改变热物性参数(比热)替代相变潜热确定了热传导焊接的临界温度值,利用自编的MATLAB程序对有限差分方程进行求解,数值模拟了焊件的温度场。当材料表面刚好出现汽化时,激光焊接处于热传导焊与深熔焊之间的临界状态。在此临界状态下材料处于固相,可以避开材料的相变而简化模型。在此基础上,数值模拟了激光焊接时工件的热传导温度场,得到激光深熔焊接下临界功率的变化规律,即激光焊接的下临界功率随焊接速度的增加成一定比例地增加,为激光精密焊接中工艺参数的确定提供理论指导。     

无限大薄板椭圆孔口裂纹前缘应力研究

带裂纹含孔口构件的研究一直是断裂力学与岩石力学等学科的重要课题.基于复变函数方法,利用保角变换将无限大多连域映射为单位圆,将问题的边界条件使用柯西积分简化.由于孔口是薄板应力变化剧烈的区域,在考虑孔口应力时,应用椭圆孔口分析结果探讨裂纹应力分布.以裂纹尖端点为新的极坐标原点建立坐标系,对裂纹前缘应力场计算公式进行了推导,得到了计算裂纹前缘应力场的二级渐进公式.研究中发现,原有一级渐进公式与精确解的相对误差较大,而本文推导出的二级渐进公式与精确解的相对误差较小.     

激光-MIG复合热源钢/铝异种金属深熔钎焊

采用激光-MIG(Melt Inert-Gas)电弧复合热源实现了4和6 mm厚的钢/铝异种金属对接接头深熔钎焊,并利用扫描电子显微镜观察力接头界面微观组织特征.通过有限元软件分析电弧熔钎焊、激光熔钎焊、激光-MIG复合深熔钎焊三种焊接方法所获接头温度场,同时分析了激光偏转角度对激光-MIG复合深熔钎焊接头温度分布的影响.结果表明,激光-MIG复合深熔钎焊接头温度分布相较于电弧、激光熔钎焊而言较为均匀,接头下部的温度得到明显的提高,可有效增加液态金属在钢表面的润湿铺展程度,有利于获得较为良好的焊缝成形.在激光-MIG复合深熔钎焊过程中,可以通过调整激光偏转角度提高接头界面下部温度,改善界面温度梯度,有利于生成均匀的金属间化合物层.4 mm厚钢/铝激光-MIG复合深熔钎焊焊接接头有着典型的熔钎焊特征,成型质量良好且无明显缺陷生成.界面层化合物为Fe4Al13和Al8Fe2Si,焊缝由α-Al和Al-Si共晶相组成.激光-MIG复合深熔钎焊可实现6 mm对接接头连接,但界面处存在微裂纹.