本文關鍵詞： 激光透射焊接 光散射 體熱源模型 溫度場 數值模擬驅動 多目標優(yōu)化 響應面—遺傳算法　出處：《江蘇大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：激光透射焊接作為一種新興的聚合物連接技術,正越來越多地被應用到各行業(yè)及各領域中。隨著激光透射焊接技術的深入研究,數值模擬在激光透射焊接過程中扮演著越來越重要的角色;在激光透射焊接過程中,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值模擬中是影響數值模擬結果的決定性因素。因此,研究激光透射焊接過程中光散射對激光熱源的影響對提高激光透射焊接數值模擬的準確性以及更好地指導激光透射焊接工藝具有重要的研究價值和意義。本文選用工業(yè)領域廣泛應用的聚甲醛(POM)作為研究對象,對激光透射焊接POM的光散射特性進行研究,構建得到了計及光散射的激光體熱源模型,并基于此體熱源模型,進行數值模擬驅動的激光透射焊接POM實驗,采用響應面—遺傳算法(RSM-GA)進行實驗設計與多目標工藝參數的優(yōu)化。論文主要研究工作與成果如下:首先,采用刀刃實驗法分析半導體連續(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驗與激光光束功率通量的數學分析模型相結合,研究上層透光POM的光散射特性,確定POM材料的光散射相關參數,并獲得激光光束穿過上層透光POM后在焊接界面處計及光散射的沿y方向的一維線能量密度分布。其次,提出并構建得到了一種能量轉換數學模型,該數學模型可將一維線能量密度分布轉換為點能量密度分布,并根據轉換得到的點能量密度分布擬合得到焊接界面處計及光散射的激光能量密度分布函數;以擬合得到的激光能量密度分布為基礎,根據朗伯—比爾定律構建得到了計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值模擬的激光加載熱源,進行激光透射焊接POM的溫度場數值模擬,在不同功率(P=10W、11W、12W)下,將數值模擬與實驗得到的焊縫熔池形貌及尺寸(熔寬、上熔深、下熔深)進行對比;結果表明,模擬結果與實驗結果基本吻合,證明了數值模擬模型的準確性,驗證了計及光散射的激光體熱源模型的準確性與可靠性。最后,基于數值模擬溫度場結果的驅動,采用RSM-GA方法進行激光透射焊接POM實驗設計與多目標的工藝參數優(yōu)化;通過旋轉中心復合設計法(CCRD)對實驗進行設計與規(guī)劃,采用RSM構建響應(熔寬、上熔深、下熔深、拉伸強度)與各工藝參數(激光功率、焊接速度、離焦量)間的數學分析模型,對模型進行方差分析以評價其合適性,并討論了各工藝參數對響應的交互影響;將滿意度數學函數作為GA的適應度函數,運用MATLAB中的GA工具箱對工藝參數進行多響應目標的優(yōu)化,并對多目標工藝優(yōu)化得到的結果進行了驗證。本文的研究表明,通過非接觸式線掃描實驗與能量轉換數學模型所構建得到的焊接界面處計及光散射的激光體熱源模型具有較好的數值模擬準確性;同時,采用RSM-GA方法的模擬驅動的激光透射焊接實驗設計與規(guī)劃、工藝數學建模以及多響應目標優(yōu)化是一種有效的方法,為更好地指導激光透射焊接實驗、提高焊接質量開辟了新的途徑。
[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 .

【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG456.7

【參考文獻】

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本文編號：1470357