基于ANSYS软件的不锈钢薄板光纤激光切割工艺参数研究

为了研究工艺参数对激光切割过程的影响,利用ANSYS有限元分析软件建立304不锈钢三维有限元仿真模型,采用APDL编程语言,实现激光高斯热源沿切割轨迹移动过程仿真;分析在其他参数不变的情况下,切割速度、切割功率以及板材厚度变化情况下的温度分布;通过对不同参数下温度分布云图的对比,利用节点温度分布及温度变化情况,分析切割时参数变化对切割指标的影响。结果表明:温度分布主要表现为呈拖尾彗星状态的温度扩散,最大温度梯度集中在切割源附近;当切割速度过大,功率过小,板材过厚时,最高温度达不到材料熔点;如果切割速度过大,则温度梯度变大;如果切割功率过大,则融化半径变大;实验与仿真对照进一步验证了仿真的可靠性。     

基于ANSYS的激光切割温度场仿真

激光切割过程复杂，影响因素较多，本文根据激光切割加工的特点，建立了激光切割的热力学模型，并基于ANSYS有限元软件进行了切割过程的温度场仿真分析，给出了激光切割参数对温度分布的影响规律，为实际切割之前选择最优切割参数提供了理论参考。     

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。     

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。     

选区激光熔化激光能量在TC4粉末中分布特性研究

为了研究粉末分布对选区激光熔化过程中能量吸收的影响，提出具有更高精度的热源模型，通过最速下降和坐标轮换相结合的方法获取粉末颗粒的分布，依据射线追踪原理统计粉末床对激光能量的吸收情况，分析了粉末分布对激光能量吸收的影响，并按照能量分布特性，提出了考虑粉末影响的新热源模型。结果表明：通过最优化方法构建的粉末模型，避免了物理参数估计的误差，与实验结果仅有4%的误差；能量吸收在深度方向有减弱的趋势，在水平方向近似满足正态分布，由此构建的热源模型应用于熔池预测，熔池宽度误差为6.4%,连接处宽度误差为9.6%。该文提出的基于粉末分布的热源模型更准确地描述了能量的分布，提高了温度场的仿真精度，可对后续更精确的温度场仿真技术研究提供一定的参考。     

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。     

电弧焊接数值模拟中热源模型的研究与发展

焊接过程的数值模拟作为一种有效的计算手段,在焊接温度场及残余应力分布的评价中获得了广泛应用,而焊接热源模型的选择及模型参数的确定直接影响到计算和评价结果的准确性.本文通过对近年来常用的电弧焊接热源模型进行梳理,介绍了其研究进展,分析了不同热源模型的特点及适用性.高斯面热源模型和双椭球体热源模型作为基础热源模型,广泛应用于较小尺寸工件和规则轨迹的焊接过程数值模拟,且具有较高的计算精度;简化热源模型和温度替代型热源模型多用于大厚工件的多层多道焊接及复杂轨迹焊接过程的数值模拟,能够实现效率和精度的统一;多丝电弧焊接热源较为复杂,采用修正后的双椭球体叠加热源模型,计算结果能保证一定的精度;结合型热源模型对熔池形状的描述更灵活,在深熔电弧焊的数值模拟中具有优势.本文可为电弧焊接过程数值模拟的热源模型选择和模型参数确定提供有益参考.     

激光切割玻璃的参数模型

分析激光切割玻璃的机理,建立了切割过程的热传导方程和切割曲线方程,求得激光切割玻璃的参数模型和参数关系图.将理论分析与已有的实验结果进行对比,证明本文得到的激光切割参数模型是正确的,且具有普适性.所提出的参数模型对优化激光加工参数、减少实验费用、缩短时间、提高效率具有重要意义.     

选区激光熔融过程中多热源扫描的热力耦合有限元分析

选区激光熔融(SLM)多热源扫描在提升工件成形效率方面具有潜力。针对316L不锈钢的SLM多热源扫描过程,本文建立了三维热力耦合有限元模型,分析了热源数量对单层SLM成形过程中温度场和应力场的影响。结果表明,随着热源数量的增加,SLM扫描过程中熔池的最高温度、尺寸均有所上升,同时有助于减少扫描的搭接次数。在应力方面,多热源扫描能缩小应力集中区域,且应力主要集中在搭接处,这虽然会导致最大应力的小幅上升,但模拟结果显示,预热方法能有效缓解多热源扫描引起的残余应力增加。     

工艺参数对陶瓷激光热应力切割质量的影响

建立了激光热应力切割有限元仿真模型,用于研究三维对称氧化铝陶瓷基片切割过程中的温度场和热应力场分布,以及激光功率、陶瓷厚度和切割速度等工艺参数对材料表面最高温度和应力的影响,并通过对比实验验证了该模型的正确性.结果表明,随着裂纹尖端的临界正应力增加,断裂表面的微裂纹加深,并引起材料表面的颗粒剥落,使得切割断面的粗糙度增大.     

钢结构氧气切割开孔残余应力数值分析与实验研究

氧气切割是船体结构临时开孔工艺中的首选方法,其产生的残余应力对后序封孔焊接与结构安全性均有重要影响.基于氧气切割原理,建立了预热火焰与铁氧反应生热的组合热源模型;基于热弹塑性有限元法,建立了氧气切割开孔过程的数值计算模型,并分析了切割温度场与残余应力场分布规律.通过氧气切割开孔实验进行结果验证,采用红外热像仪测量表面温度分布,应用压痕应变法测量残余应力,实验结果与计算结果基本吻合.研究结果表明:在割缝边缘存在超过材料屈服点的拉应力区,其宽度受切割速度、开孔尺寸与纵向约束等因素的影响.     

一种模拟激光刻花的二维CSF模型

采用连续表面力的方法，建立了模拟激光刻花的二维瞬态模型，模型考虑了热传导，对流传热和熔池表面形貌变化等因素，设计了适合连续表面力方法的热源和虚拟体积力，建立了物理模型，并利用有限元和多层网格方法求解，得出了激光刻花过程中材料内部的等温线，熔池内的等压线和速度分布。     

搭接率对CK45钢激光熔凝硬度及应力分布的影响

采用大型有限元仿真软件SYSWELD,利用自建的宽带热源模型,对CK45钢表面激光熔凝处理过程进行了不同搭接率下的二维数值分析计算,考察了不同搭接率对材料熔凝区的硬度场、应力场等的影响.模拟计算结果表明,自建的宽带热源模型符合宽带热源的热流密度分布规律,模拟出的熔池形状与实际试样十分接近.经过激光熔凝后,材料的硬度得到了显著的提升,单道熔凝的最大硬度出现在熔凝区与母材的交界处.当相邻熔凝带热源中心距离较小时,熔凝区硬度分布比较均匀(除两端外);当相邻熔凝带热源中心距离较大时,硬度分布不均匀.Mises等效应力最大值出现在相邻熔凝带的搭接区,此处是熔凝裂纹形成的主要部位.     

深熔激光焊接熔池温度场的数值模拟

利用旋转GAUSS曲面体新型热源模型,忽略深熔激光焊时小孔对传热的影响,建立了移动激光热源作用下的三维数学模型。利用PHOENICS3.4软件,模拟了SUS304不锈钢深熔激光焊接热过程的温度场和熔池熔合线形状,得到了不同焊接速度下的温度场分布云图和＂钉头＂状的熔池形状,试验表明数值模拟结果与试验结果基本吻合。     

搭接率对CK45钢激光熔凝硬度及应力分布的影响

采用大型有限元仿真软件SYSWELD，利用自建的宽带热源模型，对CK45钢表面激光熔凝处理过程进行了不同搭接率下的二维数值分析计算，考察了不同搭接率对材料熔凝区的硬度场、应力场等的影响。模拟计算结果表明，自建的宽带热源模型符合宽带热源的热流密度分布规律，模拟出的熔池形状与实际试样十分接近。经过激光熔凝后，材料的硬度得到了显著的提升，单道熔凝的最大硬度出现在熔凝区与母材的交界处。当相邻熔凝带热源中心距离较小时，熔凝区硬度分布比较均匀（除两端外）；当相邻熔凝带热源中心距离较大时，硬度分布不均匀。Mises等效应力最大值出现在相邻熔凝带的搭接区，此处是熔凝裂纹形成的主要部位。     

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.     

SLM成形多层多道金属薄壁件温度场有限元模拟

针对高强铝合金A17075选区激光熔化（selective laser melting,SLM）过程中未知的熔池变化规律和层间作用影响产品成形效率和精度的问题，研究不同工艺参数（激光功率和扫描速度）对各成形层熔池形态和温度场的影响。利用有限元分析软件ANSYS建立金属薄壁件SLM成形的多层多道温度场有限元模型，同时，利用APDL（ansys parametric design language）语言编程模拟了激光热源的加载、激光功率与扫描速度，采用“单元生死”技术描述金属粉末材料的动态增长过程，得出瞬态温度场的分布状况。结果表明，激光功率与扫描速度各自影响不同的温度场因素，适合Al7075粉末的SLM工艺参数为功率250~300 W，速度800~1 000 mm/s。本文得到了激光功率和扫描速度的合理范围，为高强铝合金SLM实际实验提供理论参考。     

基于PLC控制的织物面料激光裁剪技术

研究了基于PLC控制的织物面料激光裁剪技术,对激光切割的移动技术,激光切割点移动规律及裁剪过程控制技术,激光发生技术和激光束传输技术作了分析,根据研究的具体对象,选择了切入点的极坐标平面上移动技术,激光切割点移动规律及裁剪过程控制的PLC技术和反射棱镜,聚焦镜等光学元件形成的激光束传转技术,对于激光切割点移动转迹的多点自动纠偏技术也作了介绍。     

工艺参数对激光切割工艺质量的影Ⅱ晦

随着科技的发展,国内汽车制造业在材料加工方面逐步引进激光切割技术,激光切割加工是一项极为繁杂的过程。通过汽车冷轧钢板激光切割实验,分析激光切割工艺参数对粗糙度、挂渣以及切缝宽度等切割质量的影响。     

激光诱导热裂切割玻璃的声发射信号监测技术

现阶段各个领域对玻璃切割质量的要求越来越高,作为一种新兴的切割技术,激光诱导热裂相对于传统切割有很大优势,但在切割过程中裂纹扩展轨迹会偏离预定的路径。若要改善这种偏离现象,切割时需要通过对裂纹扩展状态的实时监测来确定补偿策略,而声发射作为一种无损检测方法在此方面有着巨大的优势。本文在激光诱导热裂切割玻璃过程中,会产生声发射现象。针对激光诱导热裂切割玻璃过程中产生的声发射信号针对此声发射信号进行了模态分析和小波包分析,确定了最优的小波基及分解尺度选择的依据。在实验中,通过对传感器进行优化布局并采用时差定位方法对裂纹尖端位置进行了定位分析。在此基础上,进行了激光诱导热裂切割玻璃声发射信号监测实验研究,探求了AE信号特征与裂纹扩展状态两者之间的联系。