激光弯曲成形温度场与应力场的有限元模拟
激光加工过程中的热应力分析
激光加工过程中的热应力分析激光加工是一种高精度、高效率的加工方式，已经在航空、汽车、电子等行业被广泛应用。
然而，在激光加工过程中，会产生很高的温度，导致材料的热应力增加，从而影响工件的质量和加工效率。
热应力是材料在受到温度变化时产生的力，它是由于材料的伸缩变形、热膨胀系数的不均匀等因素所导致的。
在激光加工过程中，激光束会集中于工件的一个小区域内，使该区域的温度急剧升高。
这种快速的温度变化会导致工件在短时间内发生热应力，从而导致热变形、裂纹等问题。
要解决热应力带来的问题，我们需要对其进行分析。
首先，需要计算出工件受到的热应力大小。
这可以通过有限元分析等方法来实现。
在有限元分析中，我们需要将工件模型建立起来，并定义激光的功率密度、辐射时间等参数。
然后，通过计算工件内部的温度分布，来推导出工件受到的热应力大小。
在得到工件受到的热应力大小之后，我们需要对其进行评估。
通常，我们会将热应力和材料的强度、断裂韧度等参数进行比较，以确定工件的安全性。
如果热应力超过了材料的承受极限，那么工件有可能发生破裂、变形等问题。
除了在设计过程中考虑热应力问题之外，我们还可以通过改变激光加工的参数来降低热应力的影响。
例如，我们可以减小激光的功率密度、增加辐射时间、改变激光束的大小和形状等。
这些方法可以使得工件受到的热应力更小，从而保证加工的质量和效率。
总的来说，热应力是激光加工中需要解决的问题之一。
通过对其进行分析和评估，我们可以很好的控制热应力带来的问题，在实现高质量和高效率的激光加工过程中起到至关重要的作用。
激光切割过程中的热应力分析
激光切割过程中的热应力分析激光切割是一种常用的材料加工技术，它利用激光束的高能量密度将材料加热至临界温度，然后利用气体流将熔化的材料吹走，从而实现对材料的切割。
然而，在激光切割过程中，由于激光束的高能量密度和材料的快速加热冷却，会导致材料产生严重的热应力，从而对切割质量和切割工件的结构产生不良影响。
因此，对激光切割过程中的热应力进行分析和控制是十分重要的。
首先，让我们来了解一下热应力是如何产生的。
在激光切割过程中，激光束对材料的照射会引起材料表面温度迅速升高，从而引起材料的膨胀。
然而，由于材料的热传导速度较慢，表面温度升高会导致材料内部温度梯度的形成，进而引起温度场的形成。
而温度场的形成又会引起材料的热应力。
热应力的形成主要由两个因素引起，即热膨胀不均匀和热应力的梯度。
热膨胀不均匀主要是由于材料的热膨胀系数在不同温度下的变化，而热应力的梯度主要是由于材料的热传导系数不均匀或材料中存在热源的分布不均匀引起的。
其次，让我们来探讨一下热应力对切割质量和工件结构的影响。
首先，由于激光切割过程中产生的热应力，会引起切割边缘的熔化和气孔的生成。
熔化边缘会导致切割边缘的粗糙度增大，而气孔的生成会对切割边缘的质量产生不良影响。
其次，激光切割过程中产生的热应力还会对工件结构产生影响。
由于热应力的存在，工件的形状和尺寸可能会发生变化，从而导致工件的变形甚至破裂。
此外，热应力还可能引起工件的残余应力，从而影响后续加工和使用。
那么，如何分析和控制激光切割过程中的热应力呢？首先，可以通过数值模拟来分析热应力的分布和变化规律。
数值模拟可以利用有限元方法对激光切割过程进行模拟，进而得到温度场和热应力场的分布情况。
通过分析模拟结果，可以了解切割过程中热应力的分布和变化规律，从而找到可能导致切割质量问题和工件结构问题的原因。
其次，可以通过工艺参数的优化来控制热应力。
工艺参数的优化可以通过实验设计和数据回归分析来实现。
通过对不同工艺参数下的切割过程进行实验，并分析实验结果，可以确定最佳的工艺参数组合，从而减小热应力的产生。
《C-C复合材料激光辐照应力场数值模拟及其微结构研究》范文
《C-C复合材料激光辐照应力场数值模拟及其微结构研究》篇一C-C复合材料激光辐照应力场数值模拟及其微结构研究一、引言C/C（Carbon Fiber/Carbon）复合材料以其卓越的力学性能、高温稳定性和良好的导热性，在航空、航天、能源和生物医疗等领域有着广泛的应用。
近年来，激光加工技术在复合材料加工领域逐渐得到了重视。
特别是在C/C复合材料的加工中，激光辐照技术被广泛应用于制造复杂形状和高质量的表面。
然而，激光辐照过程中可能引起材料内部的应力变化，这对材料的性能和使用寿命具有重要影响。
因此，研究C/C复合材料在激光辐照下的应力场变化及微结构演变显得尤为重要。
二、C/C复合材料的基本性质及微结构C/C复合材料主要由碳纤维和碳基体组成，具有较高的比强度和比模量。
其微结构主要由碳纤维和基体之间的界面组成，这种界面对于材料的性能起着关键作用。
此外，C/C复合材料的制备工艺、纤维的排列方式以及基体的性质等都会影响其微结构和性能。
三、激光辐照C/C复合材料的应力场数值模拟1. 模型建立为了研究激光辐照下C/C复合材料的应力场变化，我们建立了三维有限元模型。
模型中考虑了碳纤维的排列方式、基体的性质以及激光辐照的参数等因素。
通过有限元分析软件，我们可以模拟激光辐照过程中材料的温度场和应力场变化。
2. 数值模拟结果数值模拟结果显示，在激光辐照过程中，C/C复合材料内部会产生较大的温度梯度，导致热应力的产生。
此外，碳纤维和基体之间的热膨胀系数差异也会引起界面应力的变化。
随着激光能量的增加，材料的应力场会发生变化，可能引发材料的热变形和开裂等行为。
四、激光辐照对C/C复合材料微结构的影响1. 实验方法为了研究激光辐照对C/C复合材料微结构的影响，我们采用了扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）以及X射线衍射（XRD）等手段。
通过观察材料在激光辐照前后的微观形貌和晶体结构变化，我们可以了解激光辐照对材料微结构的影响。
激光金属沉积成形过程中温度场的数值模拟
激光金属沉积成形过程中温度场的数值模拟龙日升;刘伟军;尚晓峰【摘要】为了降低成形过程的热应力,根据有限元方法中的"单元生死"技术,利用APDL语言编程实现了对多道多层激光金属沉积成形过程三维温度场的数值模拟,再现了成形过程中温度场的动态变化,得到了成形过程中模型温度场及温度梯度的分布规律.结果表明,试样同一纵断面上各节点虽然被激活的时间不一样,但它们具有相似的温度变化规律;试样内的温度梯度主要沿z轴方向分布,基板内的温度梯度主要沿平行基板方向分布,具有明显的分层现象,熔池区的温度梯度非常大.在相同的工艺参数下,实际成形试样的扫描电镜照片与模拟结果吻合很好.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2007(031)004【总页数】4页(P394-396,430)【关键词】激光技术;激光金属沉积成形;瞬态温度场;数值模拟【作者】龙日升;刘伟军;尚晓峰【作者单位】中国科学院,沈阳自动化研究所,沈阳,110016;中国科学院,研究生院,北京,100039;沈阳航空工业学院,沈阳,110004【正文语种】中文【中图分类】TG665;TF124引言激光直接金属成形技术是在同轴或侧向送粉条件下，利用高能激光束局部熔化金属表面形成熔池，然后由惰性气体将合金粉末送入熔池，随着激光的连续移动从而实现高性能复杂结构、致密金属零件直接成形的一种新技术。
但是，由于激光金属沉积过程中本身所固有的能量集中输入和快速加热及冷却等特点，金属试样内部不同区域以及试样与基板之间存在巨大且剧烈变化的温度梯度，它一方面使得试样的微观组织呈现很强的方向选择性，影响试样的机械性能；另一方面使得沉积过程中产生很大的热应力，当热应力达到材料极限时，试样将发生断裂。
目前，国内外学者对激光金属沉积成形过程温度场的研究多集中在对熔池温度场及其流动传热等方面[1～8]，对于多道多层金属沉积成形过程瞬态温度场的研究尚未见报道。
这是因为激光金属沉积成形过程是一个材料逐道逐层添加的复杂冶金过程，在数学建模上难以实现，采用实验手段来获得成形过程中瞬态温度场的动态分布也是十分困难的。
齿轮曲面激光熔覆应力场数值模拟
．
Ａ ｇ ００ ｕ． ｌ ２
中国 科 技 论 文在 线 Ｓ Ｅ ＣＥ Ａ Ｅ ＬＮ ＣＩＮ 尸 Ｐ Ｒ ＯＮ Ｉ Ｅ
第５ 第８ 卷 期
２１ ０ ０年 ８月
齿轮 曲面激光熔覆应 力场数值模拟
洪 蕾 ，胡肇 炜 ， 吴 钢
（ 上海海事大学物流工程 学院 ，上 海 ２ １０ ） ０ ３ ６
ｄ ｃｅ ｓ ｈｅｌ ｅｉｏ ｄｏ ｃａ ｋｅ ， ｖ ｎｅｉ ｎ ｔ ｉ． ｅ ｒａ ｅｔ ｉ ｌ ｏ ｆ ｒ ｌｓ ｅ ｅ ｌ ｋ ｈ ｃ ｍｉ ａ ｔ ｅ
Ｋ ｅ ｒ ：ｌｓ ｒｃａ ｄ ｎ ｙｗｏ ｄｓ ａ ｅ ｌｄ ｉ ｇ； ｇ ａ ； ｆ ｉ ｌｍ ｅ ； ｓｒ ｓ ｅｄ； ｃ ａ ｋｌｓ ｅ ｒ ＇ ｔ ｅｅ ｎｔ ｔｅ ｓｆ ｌ ｍ ｅ ｉ ｒｃ ｅ
摘 要： 激光熔覆的温度场及应力场分析基本上是基于平面基体上熔覆的分析。实际应用中熔覆可能会在任意曲面上
进行 ，曲面与平面不 同之处在于曲面 的曲率会 引起激光功率分布不均。通过分析齿轮轮齿熔覆层形貌、讨论影响激光 实际应用功率的因素 （ 包括粉末对激光的遮蔽、激光入射角度的变化和齿轮齿廓形状） ，并在考虑熔覆过程中相变问 题的基础上 ， 利用有限元软件模拟了不同熔覆材料与基体材料配对情况下齿轮表面熔覆的应力场。结果表明：采用适 当的材料匹配及将基体预热到一定温度，可以减少甚至避免齿轮熔覆层裂纹的产生。 关键 词 ：激光熔覆 ；齿轮 ；有限元 ；应力场；裂纹 中图分类号 ：Ｔ ６ Ｇ６ ５ 文献标志码 ：Ａ 文章编 号：１７ ６３—７ ８ （０ Ｏ０ —０２ —５ １０２ １）８ ６ ２
激光熔覆技术在材料表面改｝ 产品表面修复、 生、 提
会在各种曲面上进行 ， 比如齿轮轮齿的修复和性能的加
金属板材激光弯曲成形及其机理研究
另外对激光弯曲试样进行了微观组织分析和显微硬度测试。结果显示：激光弯曲 后试样的铁素体组织得到细化，珠光体数量增多，在某些参数下并伴有少量的碳化物 析出。可见激光弯曲后的样件的性能将会得到较大地提高。
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华中科技大学硕士学位论文
1 绪论
1.1 引言
激光弯曲成形是以激光作为热源局部加热金属板材，在板材内部产生不均匀的应 力场，完全依靠内应力使板材发生塑性变形，而不需要借助外力的作用。这一柔性成 形技术非常适合一些特殊零件的制作，也可进行一些传统的加工，如零件的修复、焊 接结构件的矫形等。图 1－1 给出了激光弯曲成形的基本工艺过程原理图[1]。
华中科技大学 硕士学位论文 金属板材激光弯曲成形及其机理研究 姓名：郭为席 申请学位级别：硕士 专业：物理电子学 指导教师：胡乾午
20060512
华中科技大学硕士学位论文
摘要
激光弯曲成形是一种利用激光加热来实现构件柔性成形的技术，其基本原理是利 用高能激光光束沿构件表面进行移动加热时形成的非均匀温度场所诱导的热应力来实 现材料的塑性变形。激光弯曲成形具有不需要外力和模具、生产柔性大、生产周期短、 成形精度高等特点。此外，激光弯曲成形能够与激光切割、焊接等工艺配合实现工件 的同工位加工。
304不锈钢激光弯曲的实验研究及数值模拟
３０４不锈钢激光弯曲的实验研究及数值模拟义。
北京航空航天大学与中国科学院力学研究所的王秀风，吕晓东【４¨７】等人预测扫描过程中材料表面的峰值温度以及最终成形角度。
为将来生产加工中激光参数的选择提供依据。
苏余鹏【４８】等人对激光弯曲的内部机理做了更进一步的挖掘。
他们对最被广泛接受的温度梯度机理，反向弯曲机理以及局部增厚机理进行了研究。
发现除了温度梯度是激光弯曲的一个重要诱因以外，材料的厚度对弯曲过程．也会产生重要影响。
在实验中，在激光照射下的一定厚度的材料内部产生了Ｆｏｕｒｉｅｒ定律无法解释的现象，其温度分布并未像理想中那样。
这一发现，对激光弯曲的机理进行了近一步的探索。
除此之外，王秀凤与匈牙利布达佩斯技术与经济大学的ＪａｎｏｓＴａｋａｃｓ以及ＧｙｏｒｇｙＫｒａＵｉｃｓ［４９］也对激光弯曲的机理进行了研究，他们对激光的反向弯曲原理更为关注。
发现在薄板激光弯曲中，激光弯曲的结果不一定都是朝向激光的方向，也会产生背离激光方向的弯曲。
这一结果不但与激光参数有关，还与材料的性质有关。
他们的发现为反向激光弯曲技术做了补充。
江苏大学的丁磊【５０】发现温度变化在是激光弯曲过程中起到重要作用，于是，他对激光弯曲过程中的冷却方式进行了更进一步的研究。
通过在水冷和空气中冷却的环境下，激光功率、光斑大小、扫描次数、扫描速度对激光弯曲角度的影响发现，水冷环境更加适合激光弯曲。
并且利用正交实验方法，比较了各项激光工艺参数对弯曲角度的影响顺序，找到了弯曲最大的激光工艺参数最优组。
最后，又从激光扫描策略上进行了研究。
先后使用了几种不同的扫描方式来比较最终弯曲效果，对今后激光弯曲中的扫描策略的选择提供了一个有效的依据。
大连理工大学的程丽芳【５ｌ】将铝合金板作为激光弯曲的研究对象。
将扫描速度与激光功率这两项激光工艺进行结合，提出功率密度这一影响因子。
并且对铝合金的金相组织进行了分析。
通过实验得到了激光弯曲的临界功率密度值。
钛箔材激光微弯曲成形过程有限元模拟
钛箔材激光微弯曲成形过程有限元模拟
张鹏;于静泊
【期刊名称】《制造技术与机床》
【年(卷),期】2009(000)008
【摘要】激光弯曲成形是一种利用激光成形工件的柔性成形技术.建立了钛箔激光微弯曲成形的三维热力耦合有限元模型,采用大型非线性有限元软件ANSYS对其激光微弯曲过程进行了有限元模拟.通过模拟计算得到了钛箔激光微弯曲过程的温度场和位移场分布.结果表明:钛箔上下表面存在温度梯度,但由于钛箔厚度薄,热传导迅速,导致其z向位移出现波动.
【总页数】3页(P12-14)
【作者】张鹏;于静泊
【作者单位】哈尔滨工业大学(威海)材料科学与工程学院,山东,威海,264209;哈尔滨工业大学(威海)材料科学与工程学院,山东,威海,264209
【正文语种】中文
【中图分类】TG665
【相关文献】
1.不锈钢小弯曲半径管内压推弯成形过程有限元模拟 [J], 黄遐;曾元松;张新华;李志强
2.预热温度对金属激光弯曲成形过程的影响分析 [J], 苏荣华;彭晨宇;刘强
3.不均匀压下面内弯曲成形过程的有限元模拟研究 [J], 鲜飞军;杨合
4.超薄板料微弯曲成形过程中尺度效应的数值研究 [J], 李雷;谢水生;黄国杰;杨浩
强
5.薄壁管数控弯曲成形过程有限元模拟系统的研究 [J], 林艳;杨合;詹梅
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激光冲击残余应力场的有限元分析
不均 ,但是激光冲击对表层残余应力分布的影响是 改善不锈钢焊接接头抗应力腐蚀性能的关键 , 并且 这样假设所得到的计算结果是偏安全的 。
2 计算结果与分析
2. 1 能量分析
α Z × I0 α+3 2
2
Z
( 3)
式中 : Z — 折合声阻抗 , Z1 , Z2 — 约束层和目标靶材 的声阻抗 。满足关系式 : 值 115 × 10 gcm
形的应力 )满足下述公式 : S σD σS y0 = ( 116 - 2142 lg y )σy
7
( 1)
6
材料在激光冲击波加载下应变率高达 10 ～ - 1 10 s ,此时材料的力学响应将明显不同于准静态 时的情况 。因此 ,在建立本构关系时必须考虑材料 的率相关性 。公式 ( 2 ) 为既包含应变强化效应又包 含率效应的混合强化本构关系 :
图 2 激光冲击有限元模型
( a ) 激光单面冲击厚靶有限元模型 ; ( b) 激光单面冲击薄靶有限元模型 ; ( c ) 激光双面冲击薄靶有限元模型 Fig . 2 FE model used for LSP ( a) one 2sided LSP model for thick parts; ( b ) one 2sided LSP model for thin parts; ( c) t wo 2sided LSP model for thin parts
体空间 )以及单 、 双面冲击薄靶 (认为是有限厚度空 间 )所形成的残余应力场 。冲击载荷及靶材形状具 有轴对称性 ,故选择轴对称单元 (有限单元 CAX4R 和无限单元 C I NAX4 ) 进行模拟计算 。 CAX4R 是一 种弹塑性 、 非线性单元 ,用来模拟激光冲击处理区及 其影响区的残余应力场分布 ; C I NAX4 是只具有弹 性材料行为的单元 , 作为其余材料的单元定义 。有 限元模型的几何尺寸如图 2。图 2a 中 , 有限单元网 格区域的长度 L、 厚度 D 的几何尺寸为 : L = 2 r0 = 2 × 3 = 6mm D =2r 3 = 6mm 0 =2 × 式中 : r0 — 激光光斑半径 。激光冲击区域长度 t的几 何尺寸 t = r0 = 3mm。 在图 2b 和 c中 L 和 t的定义与图 2a 相同 , D 为 目标靶材的厚度 。三种模型的网格结构列于表 1 (设薄靶厚度为 6mm ) 。
激光弯曲成形
目录目录 (1)摘要 (2)Abstract (2)1 引言 (3)2 钛及钛合金TC4概述 (3)3 激光弯曲成形技术 (4)3.1 激光弯曲成形基本原理 (4)3.2 激光弯曲成形过程 (5)3.3 激光弯曲成形特点 (5)3.4 激光弯曲成形机理 (6)3.5 激光弯曲成形的影响因素 (9)4研究进展 (13)4.1 国外研究进展 (13)4.2 国内研究进展 (13)5 小结 (14)参考文献 (15)TC4钛合金板料激光弯曲成形工艺研究摘要TC4钛合金在室温下塑性差，冷成形困难，虽然可采用加热成形技术，但加工周期长、成本高。
将激光成形技术用于钛合金板料成形，可充分发挥该技术的独特优势，在航空航天领域新品的研制中发挥重要作用。
本文介绍了激光弯曲成形的基本原理，分析了激光功率、光斑直径、扫描速度、扫描次数以及能量密度等影响因素对板料激光弯曲角度的影响，在其它参数一定的情况下，弯曲角度随着激光功率的增加先增大后减小，随着扫描速度、光斑直径的增大而减小；弯曲角度随着扫描次数和能量密度的增加而增大。
关键词：TC4钛合金；激光弯曲；成形机理；影响因素；The Research on the Laser Forming ofTitanium Alloy Sheet MetalAbstractTitanium alloy is difficult to forming at room temperature, although the heat forming technology can be used, but the processing time and cost are very high. Making full use of its unique advantages, the laser forming technology for titanium alloy sheet metal plays an important role in aerospace research and development of new products. In this paper, the forming mechanism was given out, and the influence of laser power, spot diameter, scan speed, number of scan and energy density on the bending of sheet metal was analyzed. The results showed that the bending angle increased first and decreased afterwards with the increasing laser power, decreased with the increasing spot diameter and scan speed, increased with the increasing number of scan and energy density if others factors remain unchanged.KeyWords: Titanium alloy, laser forming, forming mechanism, influence factor1 引言金属板料成形作为薄板直接投入消费前的主要深加工方法，已在整个国民经济中占有十分重要的地位，广泛应用于航空航天、船舶工业、汽车覆盖件、家电等生产行业。
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作 者 简 介 ：王野 平 （ ９ ３ ） 男 ， 苏 丹 阳 人 ， 授 ， 士 。 １６ 一 ， 江 教 硕
＾ （ １ ７’） 。 ７—
式 中 ：ｈ —— 对 流换 热 系数 ； ７ —— 工 件 表面 温度 ；
７ —— 环 境 温 度 。 １
其 辐射 换热 为 ：
一
ｈ， ７ （ ”一
）。
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２０ ０ ７年 第 ｌ期
王 野 平 ，等 ：激 光 弯 曲 成 形 温 度 场 与 应 力 场 的 有 限 元 模 拟
・２ ３・
式 中 ：ｈ—— 辐 射换 热 系数 。
一
响激 光成 形 的因素很 多 ，不 同 的工 艺参 数组 合可 能使 最 终变形 截然 相反 ，在 这种情 况 下 即使 进 行大量 的工 艺试 验 ， 很 难实现 对激 光成 形工 艺参 数 的有效 控制 ， 也 而 有 限元仿 真不 失为解 决这 一 问题 的有效 途径 。 本 文 利 用 大 型 非 线 性 有 限 元 软 件 ＭＳ ／ Ｃ ＭＡＲ Ｃ 实 现 了激光 弯 曲过程 温度 场和 应力 场 的计算 机仿 真 。
维普资讯
第 １期 （ 第 １ ０期 ） 总 ４ ２０ ０ ７年 ２ 月
机 械 工 程 与 自 动 化 ＭＥ ＣＨＡＮＩ ＣＡＩ ＥＮＧＩ ＥＲＩ ＮＥ ＮＧ ＆ ＡＵＴ（Ｍ ＡＴＩ） ） （Ｎ
Ｎ ｏ．１
Ｆｅ ｂ．
文 章 编 号 ：６ ２６ １ （０ ７ ０ —０ ２０ １ ７ — ４ ３ ２ ０ ） １０ ２ — ３
ｘＰ （一
式 中 ：Ｒ —— 照射 到板 料 表面光 束 的半径 ，ｍｍ； ， ．—— 考 察点 至光 束 中心 的距离 ，ｍｍ；
— —
化激 光加 工工 艺参 数和精 确 控制 热作 用 区内的温度分 布 ，即可 获得 合理 的 热应力 大小 与分 布 ，使板 料最终
实现无模 成 形 。因此 它在航 空航 天 、造船 、汽 车等 众
分 布 、沿 直线 连续运 动 的面热 源 ，效果 更好 。由于影
高 ，而在 光斑外 面 的其它 区域 受 热影 响很 小 。
２ ２ 材 料参 数 ． 本文 以 ４Ｃｒ １ ４钢板 为研 究对 象 ， 件 为 ３ ０ 试 ０ ｍｍ× １Ｏ Ｏ ｍｍ×２ ｍｍ， 相应 的 热物理 性 能和 力学 性能 与温 其 度 的关 系取 自 Ｍａｃ材料 库 ，取泊 松 比为 ０ ３ ｒ ．。 ２ ３ 热传 导初 始条 件和 边界 条件 的 处理 ． 取 板料 的初 始温 度 为 ２ ５ Ｃ。空 冷 时 ，工件 表面 为 自由对流 换热 ，表 面对 流换 热 为 ：
，
表面 ，在 热作用 区产 生强 烈 的温度 梯度 ，导 致非均 匀
２ Ｐ Ａ
一
， ２ ｒ、
。
分布 的热应 力 ， 金属 板料 发 生塑性 变形 的工 艺方 法 。 使 与常 规成 形方 法相 比 ，激 光弯 曲成 形具有 许 多独 特 的
特 点 ，在 无需模 具 、不需 外 力 的情 况 下 ，仅 仅通 过优
种利 用激 光加 热直接 成形 的新 工艺 。它 是一 种基 于 材 料 的热胀 冷缩 特性 ，利用 高能 激光 束扫 描金 属薄板
一
本 文采 用 光 束 能量 密 度 为 高斯 分 布 的 圆形 光 斑 。
对 于高斯 光束 ，其 能量 分 布 Ｉ６ Ｊ ｍｍ 为 ： ＿ （／ ］ ）
关 键 词 ：激 光 成 形 ；温 度 场 ；应 力 场 ；有 限元 法 中 图 分 类 号 ：ＴＰ ９ ． ＴＦ ２ ． ３ １ ９： １ ４ ３ 文献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
２ 热源模 型 建立和 仿真 工 艺参 数选取
２ １ 热 源 处 理 ．
板 料激 光成 形技术 是 ２ Ｏ世 纪 ８ Ｏ年代 中期 提 出的
板 料对 激光 的 吸收 系数 ；
Ｐ —— 激 光 的输 出功率 ，ｗ 。
在 光束 直径 范 围内 的平均 热流 密度 Ｉ （／ Ｊ ｍｍ 为 ： ）
， ．一 。
多工业 领域有 着广 阔的应用 前 景 。 １． 三维激 光成 形过 程的数 值仿 真
激 光 成形是 一种 复杂 的加 工过 程 ，激光 参数 、材
采用 高斯 分布 的一 大优 点就 是在 光斑 内部 温度很
料 特性 及 目标 形 状 特 征 等 对 成 形 过 程 都 有 较 大 的影 响ｎ 。 ］至今 为止 ， 这些 影响 参数仍 没有 出现 系统 的研 对 究 报告 ，大 多数研 究表 明有 限元模 型 与试验 结 果吻合 较 好 。 Ｖｏｌｒｓｎａ ｄＧｅ ｅ【应 用 Ｆ Ｍ 方 法对激 如 ｌ ｔｅ ｎ ｉ ｒ２ ｅ ｇ ＿ Ｅ 光 成形 的二 维和 三维 温度场 进行 数值 模拟 ，假 设光 斑 为 移 动 的 均 匀 分 布 热 源 ； Ｐ ＪＣ ｅ ｌ 、 ． ． ｈ ｎ３ ｊ Ａｎ Ｋ． ｙ ｓｎｄ［ 、李 文川 ［等则 是将 光束 视为 高斯 ． Ｋ ｒａ ｉｉ］ ４ ５
激 光 弯 曲成 形 温度 场 与应 力场 的有 限元模 拟
王 野 平 ，朱 成 明
（ 同济 大 学 现 代 制 造 技 术研 究所 ，上 海 ２ ０ ９ ） ０ ０ ２
摘 要 ： 立 了 三 维 瞬 态 温 度 场 的 数 学 模 型 。使 用 有 限 元 分 析 软 件 Ｍ Ｓ Ｍａｃ ４ Ｃ ４ 工 件激 光 弯 曲成 形 过 建 Ｃ． ｒ 对 １ ｒ 钢 程 的 温 度 场 进行 了 有 限 元 数 值 模 拟 ，并 在 温 度 场 的基 础 上 进 一 步 分 析 了板 材 激 光 弯 曲 成形 过 程 中的 应 力 场 。