基于生死单元的激光铣削温度场数值模拟与验证

利用ANSYS 有限元模拟软件建立了激光铣削过程的三维瞬态有限元模型,并以Al2O3 陶瓷材料的激光铣削加工为例,利用ANSYS 中的单元生死技术对激光铣削过程中温度场的动态分布进行了模拟。选取其中的一组参数,详细分析了铣削件表面某一点温度场的变化规律,确定了沿样件不同的扫描路线上铣削层的宽度和深度,并提出了温度场模拟结果的间接验证方法,即将温度场模拟获得的铣削层宽度和深度与实验测得的数据进行对比,对比结果较吻合,说明建立的有限元模型能够进行激光铣削效果的预测。     

高分子材料与金属激光微焊接实验与仿真分析

为了更好地理解高分子材料与金属材料的激光微焊接机理,利用软件ANSYS建立高斯热源模型,对生物高分子材料聚对苯二甲酸乙二酯(PET)与医用金属材料纯钛的激光微焊接温度场进行了动态模拟;利用红外热像仪测定焊接过程瞬态最高温度变化,用超景深数字显微镜测量实际焊接中焊缝宽度,其测量结果与仿真结果基本吻合;最后对温度场仿真结果进行了分析。结果表明,移动热源前方的等温线分布密集且温度梯度大,后方的等温线稀疏且温度梯度小;在垂直于焊缝中心不同位置的节点都存在着快速升温及相对缓慢的降温过程,同时,节点越靠近焊缝中心,温度变化越剧烈,所能达到的最高温度就越大。该结果证明了所建立的移动高斯面热源模型在激光微焊接PET/Ti温度场模拟中的适用性。     

Nylon12/HDPE激光烧结数值模拟及其实验研究

为了较准确描述激光烧结时温度场的分布特性,初步建立了用于模拟尼龙12/HDPE(High Density Polyethylene,高密度聚乙烯)粉末激光烧结过程中传热行为的数学模型,该模型考虑了诸如热传导等与烧结有关的热现象.在热物性参数呈非线性变化的情况下,采用ANSYS参数化设计语言处理移动热源,对烧结材料的温度场进行了数值模拟,通过试验对模拟结果进行检测,并用扫描电镜对烧结样品进行分析.模拟结果表明,最高温度点滞后于光斑中心,试验测量值与模拟值误差在3.6%以内.模拟结果与初步实验结果较为吻合.     

激光直接烧结FGH95合金温度场的有限元模拟

综合考虑了随温度变化而变化的热传导、比热容等热物性参数的作用.基于ANSYS平台建立了连续移动的三维瞬态多道直接激光金属烧结温度场的有限元模型.利用APDL参数化设计语言实现热源移动,利用焓处理相变潜热的影响,对镍基合金粉末的烧结成型温度场进行了模拟,系统分析了熔池的加热及温度场随时间的变化规律.模拟结果表明:随着时间的增加,由于热积累效应使得熔池的温度越来越高;彗星状温度云图的最高温度并不在激光光斑中心而是稍微滞后;随着烧结过程的进行,随后的烧结道具有越来越大的热影响区域,但烧结的宽度和深度没有太大的变化.     

钢/铝异种金属光纤激光焊接数值模拟

为了研究钢/铝异种金属激光深熔焊接的温度分布情况,采用有限元ANSYS软件建立了钢/铝异种金属激光对接焊的数学模型,对焊接温度场进行了模拟。通过计算模拟得到了不同时刻的温度场分布云图、试件表面节点的热循环曲线以及焊接速率对温度场变化的影响,并与实际焊接试验结果进行了对比。结果表明,焊接温度场呈非对称分布,钢一侧的温度梯度大于铝合金一侧的温度梯度;随着焊接速率的增大,热源中心的最高温度会逐渐降低,焊接熔池的熔宽也会随之逐渐变小。模拟的焊缝形状与实际焊接实验得到的焊缝截面的熔合线基本一致,熔池熔宽的模拟结果与实验结果误差在5%以内,验证了模拟结果的准确性。     

金属粉末选区激光熔化成形过程温度场模拟

利用ANSYS有限元软件对选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形过程的三维瞬态温度场的分布变化进行了数值模拟;在考虑材料的热物性参数随温度变化和相变非线性行为的情况下,建立了选择性激光熔化(SLM)的三维温度场有限元模型;并利用ANSYS参数化设计语言(APDL)实现了激光高斯热源的移动加载.模拟结果表明随着扫描时间的增加,由于热积累效应,熔池的温度越来越高,热影响区也随之增大;熔化成形过程中,光斑中心的前端存在较大的温度梯度;扫描速度小,容易造成液相的流动,出现孔洞,扫描速度过大,则粉末不能完全熔化;模拟得到的结果与实验结果相吻合.     

工程塑料粉末激光烧结三维温度场的理论和实验研究

粉末材料激光烧结的温度场对工艺参数优化和烧结成形物质量有着直接影响。从瞬时点热源三维传热出发,建立了高斯面热源激光扫描烧结过程的非稳态导热温度场的三维解析模型,利用理论和实验相结合,计算了随温度变化的尼龙粉末的有效导热系数,给出了热扩散率与激光烧结能量的关联表达式,通过温度场的模拟和实验结果的比较,验证了模型求解及参数拟合的有效性。     

CO2激光切割电子强化玻璃过程的有限元模拟与实验

在激光热裂法切割玻璃的过程中,温度起着至关重要的作用。为了准确掌握切割过程中温度场的分布,提高切割质量,提出了一种CO2激光切割玻璃基板的数值模拟方法。在ANSYS有限元环境下,建立了激光热应力切割电子强化玻璃的三维有限元分析模型,对温度场进行了分析。通过实验验证,得到了切割过程中温度场在不同参数下的变化及其对切割质量的影响以及温度分布与激光功率、光斑尺寸和扫描速度的非线性关系。     

工艺参数对激光烧结铁粉温度场演变的影响

综合考虑金属粉末激光直接烧结的热流施加和材料高温下热学性能参数与温度关系的非线性,基于ANSYS平台建立了移动高斯热源作用下激光烧结的三维瞬态有限元温度场模型,利用APDL语言编制程序实现热源移动,同时考虑相变潜热对温度场的影响.重点分析了激光功率、扫描速度和预热温度这三个重要的工艺参数不同组合下温度场的分布规律及传热学行为.模拟结果与先前实验结果吻合较好,表明可以利用此模型进行工艺参数优化,并为后续的应力场分析做好准备.     

激光焊接过程温度场的模拟

激光焊接是一个快速而不均匀的热循环过程,准确地认识焊接热过程,对焊接结构力学分析、显微组织分析以及最终的焊接质量控制具有重要意义.在计算机模拟过程中,利用高斯热源模型,采用ANSYS的APDL语言编写子程序,运用离散的思想,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、当量应力场分布.从模拟结果可看出,激光焊接过程温度场呈椭圆分布,焊缝区的当量应力比焊前有所提高.     

45钢喷射电镀Ni层激光重熔温度场数值模拟及其性能研究

根据传热学理论和数值模拟方法研究了45钢喷射电镀Ni层激光重熔温度场的分布规律,考虑了热物性参数、对流换热、相变潜热等随温度变化的因素,应用ANSYS有限元分析软件,建立了连续移动三维瞬态激光重熔喷射电镀Ni层温度场的计算模型。利用建立的模型所优选的参数,进行了激光重熔试验,研究了45钢喷射电镀Ni层激光重熔后试件的性能特点。     

强脉冲激光金属表面烧蚀热场的数值仿真

用有限差分法对强脉冲激光难熔金属表面烧蚀过程的温度场进行了三维数值仿真计算。计算模型在能量平衡方程的基础上,将入射的脉冲激光在时间与空间上的分布以Ｇａｕｓｓ分布考虑,同时考虑工件尺寸、工件材料热物理性质及对流辐射造成的表面热损失等对温度场的影响。文章应用交替方向隐式方法建立差分方程,对该数学模型进行计算,数值模拟了难熔金属钛、钼在强脉冲激光烧蚀下的温度场变化,并将数值解与热导方程的解析解进行了分析     

基于体热源的激光透射焊接PA66温度场模拟

目前国内激光透射焊接温度场模拟大多采用面热源,无法考虑炭黑含量的影响。为此,文中使用Ansys的APDL语言构建了基于体热源的三维瞬态有限元模型,采用该模型对PA66的激光透射焊接温度场进行了模拟,并将模拟结果与面热源下的模拟结果、实验结果分别进行对比。结果发现,由体热源模型模拟得到的焊缝热影响区形貌与实际热影响区形貌较为接近,模型预测的热影响区尺寸也与实测值保持着较高的吻合度,表明体热源能较好地表征炭黑含量对焊接结果的影响,并在温度场模拟方面明显优于面热源。     

脉冲激光钼表面氮化处理温度场的数值模拟

本文用有限差分法对金属钼表面脉冲激光生成氮化钼薄膜过程的温度场进行了三维数值模拟计算,计算模型在能量平衡方程的基础上,将入射的脉冲激光在时间与空间上的分布以Gauss分布考虑,同时考虑工件尺寸、工件材料热物理性质及对流辐射造成的表面热损失等对温度场的影响,此外还从理论上计算了激光脉冲在脉冲宽度加宽后的温度场变化,分析了利用长脉冲激光进行材料表面相变硬化和激光重熔的可行性。     

激光辐照材料表层温升规律的数值模拟

为了在烧蚀机制下的激光超声检测中合理加载激光能量,获得幅值较大的超声信号而不过于损伤被检材料,需要分析激光辐照材料表层的温升规律及激光烧蚀的问题。建立了激光辐照材料的理论模型,激光以热流密度的形式加载于材料表面。结合导热微分方程,将对流传热和辐射传热一同考虑,并在材料表层升温过程中有效处理了相变潜热,对材料表层受激光辐照的温度场进行了数值模拟。给出了激光烧蚀材料有限元分析的程序流程,选择45#钢坯为例进行激光辐照仿真计算,分析了钢坯表层受激光辐照区域、区域下方及区域边界附近节点的温升规律,并对比钢坯受激光辐照的实际烧蚀情况和通过采集激光超声波信号进行了验证。结果表明,数值模拟能够为后续热应力分析中载荷的加载提供依据,并为激光超声检测中激光能量的加载提供了参考。     

金属材料脉冲激光辐照瞬态温度场数值模拟研究

为了研究脉冲激光辐照金属材料时温度场的变化,采用有限元模拟软件对激光辐照材料的过程进行了模拟。得到了激光辐照过程中,材料表层及内部的瞬态温度场的变化情况。结果表明,在脉冲激光辐照金属材料过程中,激光热作用时间很短,热影响区仅限于激光光斑作用区域的材料表层。     

星载荷热控制辐冷板激光致热计算分析

卫星的温度变化直接影响着电子器件的工作性能,为了研究辐冷板的温升效应对电子器件温度的影响,通过分析辐冷板的散热机理和辐冷板工作特性,采用有限元分析软件,对简化后的辐冷板模型进行了激光辐照热效应计算分析。以脉冲激光作为辐射源,对辐冷板进行照射,通过对其表面温度场进行数值模拟,得到了在脉冲激光照射下的瞬态温度场分布,并对模拟结果进行了分析和研究。发现电子器件在没有散热的情况下温度将升高64.5 K,在最大工作状态时激光的照射将严重影响热管的工作性能,而且热管的非正常工作将使电子器件温度升高,影响电子器件正常运行,为星上温度影响电子器件性能实验奠定了理论基础。     

强激光辐照铝靶温度分布数值模拟及实验研究

采用喷砂、磨砂、镀金表面处理工艺得到了铝靶的激光能量耦合系数。从经典傅里叶热传导方程出发,建立了强激光辐照铝靶下铝靶温度场分布数值模拟理论模型。利用有限元软件,模拟计算了连续激光辐照下铝靶的温度场分布,给出了连续均匀光斑和高斯光斑辐照下,不同表面处理工艺的铝靶所对应的最大温升。开展了铝靶强激光辐照验证实验,利用热电偶实际测量得到了辐照激光光斑中心对应的铝靶背表面最大温升,该实验结果与计算结果吻合较好。对铝靶前表面的烧蚀形貌进行了分析,与理论计算的温度场分布情况相符合,验证了数值模拟的有效性。