【摘要】：激光制造技術(shù)已成為二十一世紀一項不可或缺的制造技術(shù)。為了進一步揭示激光加工過程中激光與材料的相互作用機理、預測加工過程、優(yōu)化加工工藝參數(shù)等,國內(nèi)外諸多研究者對激光加工仿真分析的研究工作也在不斷深入。激光熱源模型描述了激光與材料相互作用時的能量分布,是仿真分析過程中主要數(shù)學模型之一,決定著仿真分析結(jié)果的準確性。因此,激光熱源模型的建立與應用成為了一項至關(guān)重要研究工作。本文提出了一種基于激光能量分布建立激光熱源模型的新方法,即運用激光能量分布檢測數(shù)據(jù)建立了一種階梯式激光熱源模型,該模型能夠更為準確地描述激光與材料相互作用時的實際能量分布。并通過軟件開發(fā)的形式將該模型運用于激光加工仿真分析軟件。最后以能量偏心激光光束裂紋控制法切割鈉鈣玻璃為例,進行階梯式熱源模型在有限元仿真分析中的研究。根據(jù)激光原理、激光與材料相互作用等基礎理論,對激光熱源模型的建立與仿真分析應用進行理論分析。以高斯激光光束為例,由實際加工過程中激光光束出現(xiàn)能量偏心分布、變形及多光斑的情況,分別建立相應熱源模型,通過有限元仿真分析,研究能量分布對溫度場仿真結(jié)果的影響,分析基于激光實際能量分布建立熱源模型的必要性�；跀�(shù)字圖像處理技術(shù),研究如何運用激光能量分布檢測數(shù)據(jù)建立熱源模型�；谀芰糠植佳芯苛穗A梯式激光熱源模型的自動生成算法,包括能量分布數(shù)據(jù)處理算法、能量分布離散數(shù)據(jù)參數(shù)化算法以及熱源模型建立算法等。并通過激光定點加熱Q235鋼板溫度場測量試驗及有限元仿真進行階梯式熱源模型驗證。開發(fā)激光加工仿真分析前處理輔助軟件,設計并實現(xiàn)階梯式熱源模型、理想熱源模型的自動建立及其在ABAQUS軟件的自動定義,并基于二次開發(fā)簡化仿真分析前處理建模過程,實現(xiàn)自動編譯Python腳本語言及DFLUX子程序,建立高效、便捷、友好的激光加工仿真分析建模環(huán)境。針對能量偏心分布激光光束,研究階梯式熱源模型在有限元仿真中的應用。以激光裂紋控制法切割鈉鈣玻璃為例,利用階梯式熱源模型自動建立算法及激光加工仿真分析前處理輔助軟件,建立了階梯式熱源模型與理想高斯熱源模型,對溫度場、動態(tài)裂紋擴展進行仿真分析。并進行對稱直線切割試驗研究,通過試驗結(jié)果與仿真分析結(jié)果對比,分析階梯式熱源模型的正確性及其優(yōu)勢。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 第 1 章 緒 論 背景及研究意義 以其效率高、功率易調(diào)節(jié)、加工過程中無力的作用等特點，被制造領(lǐng)域。激光制造技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，迄今已經(jīng)囊括諸連接技術(shù)、激光去除與分離技術(shù)、激光表面技術(shù)、激光成型技“不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)[2]”。激光制造技術(shù)的理論基礎為激光是一個復雜的過程，它既包含宏觀上的光與材料介質(zhì)相互作、折射、吸收、色散和損耗等，同時包含微觀上的量子過程[3]料相互作用示意圖[4]。

如 ANSYS、ABAQUS、COMSOL 等開發(fā)[11-13]。但通過這些途徑進行仿真分析時，是激光熱源模型的定義，涉及計算機編程及仿高。因此，為了簡化仿真建模步驟，提高仿真要對激光熱源模型的應用及簡化仿真分析過型及其仿真應用概述 描述的是激光能量作用于材料及材料對激光光器產(chǎn)生的激光光束在傳輸一段距離后作用于面產(chǎn)生不同的激光能量分布；2）被照射的材光能量被反射到周圍環(huán)境中，其余能量被材發(fā)生相互作用，使得相互作用區(qū)域產(chǎn)生不同的學模型便是激光熱源模型，4）與激光產(chǎn)生相能量傳遞給其他部分材料，即材料的傳熱過程過程中激光熱源模型既描述了激光經(jīng)過傳遞傳熱過程的熱源，，是銜接激光特性與材料傳
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG665

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 韓曉輝;陳靜;闞盈;陳懷寧;趙瑞榮;;不銹鋼薄板非熔透激光搭接焊熱源模型[J];中國激光;2017年05期

2 孫振邦;韓永全;張世全;洪海濤;;鋁合金LB-VPPA復合焊接熱源模型[J];機械工程學報;2016年12期

3 惠英龍;王玉玲;姚翠翠;;基于ANSYS的18CrNi8齒輪激光淬火溫度場分析[J];機械傳動;2015年01期

4 江月松;徐洪武;唐華;何云濤;;厄米-高斯模與拉蓋爾-高斯模的圖像比較[J];光學學報;2013年06期

5 胥國祥;武傳松;秦國梁;王旭友;;鋁合金T型接頭激光+GMAW復合熱源焊溫度場的有限元分析[J];金屬學報;2012年09期

6 余震;;基于VC.net的激光加工ANSYS仿真接口設計[J];湖北工業(yè)大學學報;2010年04期

7 虞鋼;王恒海;何秀麗;;具有特定光強分布的激光表面硬化技術(shù)[J];中國激光;2009年02期

8 吳u&,趙海燕,王煜,張曉宏;高能束焊接數(shù)值模擬中的新型熱源模型[J];焊接學報;2004年01期

9 王偉平,呂百達,羅時榮;激光束光強分布對材料激光加熱的影響[J];強激光與粒子束;2001年03期

相關(guān)會議論文 前1條

1 夏佩云;王春明;黎碩;王軍;胡席遠;;激光深熔焊溫度場數(shù)值模擬及驗證[A];第十六次全國焊接學術(shù)會議論文摘要集[C];2011年

相關(guān)博士學位論文 前2條

1 高t@含;高斯光束整形技術(shù)研究[D];長春理工大學;2012年

2 馬秀波;貝塞爾光束傳播與散射特性研究[D];天津大學;2012年

相關(guān)碩士學位論文 前4條

1 王馨露;激光溫度場分布計算研究[D];東北師范大學;2014年

2 姚龍元;飛秒激光燒蝕石英玻璃機理與形貌特征研究[D];大連理工大學;2014年

3 沈小蘭;基本圖像幾何形狀檢測算法的研究與應用[D];浙江工業(yè)大學;2013年

4 張鵬;板料激光曲線彎曲成形的有限元模擬[D];山東大學;2005年

本文編號：2579113