發(fā)布時(shí)間：2018-01-28 09:14

  本文關(guān)鍵詞： 激光透射焊接 光散射 體熱源模型 溫度場(chǎng) 數(shù)值模擬驅(qū)動(dòng) 多目標(biāo)優(yōu)化 響應(yīng)面—遺傳算法　出處：《江蘇大學(xué)》2017年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：激光透射焊接作為一種新興的聚合物連接技術(shù),正越來(lái)越多地被應(yīng)用到各行業(yè)及各領(lǐng)域中。隨著激光透射焊接技術(shù)的深入研究,數(shù)值模擬在激光透射焊接過(guò)程中扮演著越來(lái)越重要的角色;在激光透射焊接過(guò)程中,上層透光材料的光散射作用使得焊接界面處激光熱源的能量分布發(fā)生變化;而激光熱源在激光透射焊接數(shù)值模擬中是影響數(shù)值模擬結(jié)果的決定性因素。因此,研究激光透射焊接過(guò)程中光散射對(duì)激光熱源的影響對(duì)提高激光透射焊接數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性以及更好地指導(dǎo)激光透射焊接工藝具有重要的研究?jī)r(jià)值和意義。本文選用工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的聚甲醛(POM)作為研究對(duì)象,對(duì)激光透射焊接POM的光散射特性進(jìn)行研究,構(gòu)建得到了計(jì)及光散射的激光體熱源模型,并基于此體熱源模型,進(jìn)行數(shù)值模擬驅(qū)動(dòng)的激光透射焊接POM實(shí)驗(yàn),采用響應(yīng)面—遺傳算法(RSM-GA)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與多目標(biāo)工藝參數(shù)的優(yōu)化。論文主要研究工作與成果如下:首先,采用刀刃實(shí)驗(yàn)法分析半導(dǎo)體連續(xù)激光器的光束特性,并描述激光器發(fā)射光束沿y方向的歸一化激光功率通量分布;此外,將非接觸式線掃描實(shí)驗(yàn)與激光光束功率通量的數(shù)學(xué)分析模型相結(jié)合,研究上層透光POM的光散射特性,確定POM材料的光散射相關(guān)參數(shù),并獲得激光光束穿過(guò)上層透光POM后在焊接界面處計(jì)及光散射的沿y方向的一維線能量密度分布。其次,提出并構(gòu)建得到了一種能量轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)模型,該數(shù)學(xué)模型可將一維線能量密度分布轉(zhuǎn)換為點(diǎn)能量密度分布,并根據(jù)轉(zhuǎn)換得到的點(diǎn)能量密度分布擬合得到焊接界面處計(jì)及光散射的激光能量密度分布函數(shù);以擬合得到的激光能量密度分布為基礎(chǔ),根據(jù)朗伯—比爾定律構(gòu)建得到了計(jì)及光散射的激光透射焊接體熱源模型。再次,以該體熱源模型作為數(shù)值模擬的激光加載熱源,進(jìn)行激光透射焊接POM的溫度場(chǎng)數(shù)值模擬,在不同功率(P=10W、11W、12W)下,將數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)得到的焊縫熔池形貌及尺寸(熔寬、上熔深、下熔深)進(jìn)行對(duì)比;結(jié)果表明,模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合,證明了數(shù)值模擬模型的準(zhǔn)確性,驗(yàn)證了計(jì)及光散射的激光體熱源模型的準(zhǔn)確性與可靠性。最后,基于數(shù)值模擬溫度場(chǎng)結(jié)果的驅(qū)動(dòng),采用RSM-GA方法進(jìn)行激光透射焊接POM實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與多目標(biāo)的工藝參數(shù)優(yōu)化;通過(guò)旋轉(zhuǎn)中心復(fù)合設(shè)計(jì)法(CCRD)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)與規(guī)劃,采用RSM構(gòu)建響應(yīng)(熔寬、上熔深、下熔深、拉伸強(qiáng)度)與各工藝參數(shù)(激光功率、焊接速度、離焦量)間的數(shù)學(xué)分析模型,對(duì)模型進(jìn)行方差分析以評(píng)價(jià)其合適性,并討論了各工藝參數(shù)對(duì)響應(yīng)的交互影響;將滿(mǎn)意度數(shù)學(xué)函數(shù)作為GA的適應(yīng)度函數(shù),運(yùn)用MATLAB中的GA工具箱對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行多響應(yīng)目標(biāo)的優(yōu)化,并對(duì)多目標(biāo)工藝優(yōu)化得到的結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。本文的研究表明,通過(guò)非接觸式線掃描實(shí)驗(yàn)與能量轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)模型所構(gòu)建得到的焊接界面處計(jì)及光散射的激光體熱源模型具有較好的數(shù)值模擬準(zhǔn)確性;同時(shí),采用RSM-GA方法的模擬驅(qū)動(dòng)的激光透射焊接實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與規(guī)劃、工藝數(shù)學(xué)建模以及多響應(yīng)目標(biāo)優(yōu)化是一種有效的方法,為更好地指導(dǎo)激光透射焊接實(shí)驗(yàn)、提高焊接質(zhì)量開(kāi)辟了新的途徑。
[Abstract]:In this paper , the light scattering characteristics of laser transmission welded POM are studied by means of laser transmission welding . In this paper , the mathematical model of response ( laser power , welding speed , defocus amount ) of RSM is used to construct the mathematical analysis model between process parameters ( laser power , welding speed and defocus amount ) , and the interaction effect of each process parameter on the response is discussed . The results of multi - objective process optimization are verified by using the GA toolbox in MATLAB . The simulation - driven laser transmission welding experimental design and planning , process mathematical modeling and multi - response target optimization are an effective method to better guide the laser transmission welding experiment and improve the welding quality .

【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TG456.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1470357