一、Nd:YAG CW激光热传导焊 Ⅰ.温度场三维解析计算（论文文献综述）
王乐[1]（2021）在《激光增材烧结器设计及其热流耦合和热应力研究》文中提出随着现代制造业的蓬勃发展和消费者对产品效率、精度及个性化需求的不断提高,传统制造方式加工的零件已经无法满足要求。增材制造中激光增材制造逐渐发展成熟,将激光熔覆（LCF）与选择性激光烧结（SLS）相融合的激光直接快速成型（LDRP）已逐渐成为前沿研究重点。激光直接快速成型中影响金属零件成型质量的因素复杂,包括激光的功率、扫描速度、光斑直径,流体的温度、流速,激光烧结器材料以及运动系统间的配合等都会对成型质量产生影响。本文设计的五轴联动机床,通过实现五轴随机联动,避免“台阶纹”的产生,降低零件表面粗糙度。根据五轴联动机床的设计要求和工作过程完成激光烧结器、直驱式双回转台和机身的设计,对送粉系统、光粉耦合系统、光束聚焦系统、粉流聚焦系统和冷却系统等进行分析与设计,通过计算求解完成激光发生器的选型、动力装置的确定和锁紧装置的设计,并建立其三维模型。根据激光直接快速成型的成型方式和实际加工过程的特点,选用合适的热源模型,并根据激光能量的传导和热量传递的方式确定温度控制方程。结合流体流动特点,建立流体数学模型。根据热弹性力学理论对热应力和热应变进行求解,为流场、温度场和热应力场分析提供理论依据。针对激光烧结器在高能激光束和冷却系统作用下发生变形和粉道粘结等影响成型质量的问题,通过ANSYS Fluent模拟不同激光工艺参数和流体参数对激光烧结器流场、温度场的影响规律,选择合理的参数以提高成型质量,并为热应力分析奠定基础。通过ANSYS Workbench生死单元技术和ANSYS参数化设计语言（APDL）实现成型过程的精确模拟。通过分析热应力、热应变及残余应力的产生原因并得出降低方式,将瞬态热分析的节点温度作为节点载荷作用于激光烧结器进行瞬态热应力、热应变分析,并分析激光烧结器不同参数对热应力的影响,进而选择合理的参数以降低热应力,确保激光烧结器在工作过程中能保证成型精度。
刘桂谦[2]（2020）在《铝钢异种材料光纤激光焊接状态视觉传感及焊缝成形研究》文中认为随着社会经济的快速发展,能源短缺和环境污染日益严峻。减少运输车辆的自重和实现汽车轻量化技术,是减少能源消耗及对环境污染的有效手段之一,并成为机械工业、汽车工业和交通工业的关注重点。铝合金具有质量轻、耐腐蚀性好等优点,可部分代替钢作为结构部件。同时钢铁的强度高、能承受较大的动载荷,可以确保结构部件使用过程的稳定性和可靠性。因此,铝钢的连接技术已经成为现前的研究热点。然而铝钢两种金属在密度、熔点和热膨胀系数等物理和化学性质具有较大差异,使得铝钢焊接过程不稳定,焊后容易产生气孔、裂纹和凹陷等缺陷,同时在铝钢结合界面容易形成硬脆性化合物,如何控制良好焊缝成形,这些都是铝钢焊接中的难点。光纤激光焊接具有热影响区小,焊接速度快和深宽比大等优点,可以较好地控制能量输入,有利于实现铝钢异种金属的有效连接。然而,在铝钢激光焊接的过程中,金属间化合物生成、焊缝成形和控制等问题有待进一步研究,为此,本文拟对光纤激光焊接工艺中铝钢异种金属接头形貌形成及焊接状态视觉传感展开研究。首先对铝钢薄板进行脉冲YAG光纤激光焊接,通过设计24组试验工艺参数,获得未熔合、熔合和焊穿三种焊缝成形,观察焊缝局部显微特征,分析激光点能量输入与焊缝成形之间的联系,通过点位移激光传感器测量焊缝的高度,分析焊缝高度与峰值功率、焊接速度、离焦量和脉冲频率之间的变化规律。进而采用大功率连续光纤激光自动焊接系统对铝钢进行连接,通过响应曲面法进行工艺参数优化,分析焊缝宽度和搭接剪切力与激光功率、焊接速度和离焦量等焊接参数之间的关系。发现激光功率和焊接速度的组合,即激光的线能量输入对焊缝宽度和搭接剪切力有显着的影响。通过期望优化的方法得到最佳的工艺参数范围,对2 mm厚板材的铝钢激光焊接中,当激光功率为2.2-2.4 kW,离焦量为0.27 mm,焊接速度在2.8-3.1 m/min区间时,可以获得具有高强度的焊接接头。其次对铝钢激光焊接的搭接剪切强度、焊缝显微组织和接头断裂模式进行研究,并且对焊接过程采用高速摄像仪进行在线视觉检测,分析激光功率、焊接速度和离焦量对搭接剪切强度的影响。通过光学显微镜和扫描电镜观察不同激光功率的焊缝成形和金属间化合物形态,分析接头的两种失效模式。试验结果表明,激光线能量输入影响焊缝成形和搭接剪切强度,在光纤激光深熔焊模式中,铝和钢都发生了熔化,使得金属间化合物生成量增加,在铝钢界面分布不均匀而且影响接头的力学性能和断裂模式,并在接头断裂面的显微图上发现二次裂纹和针状簇形态的化合物。再次对铝钢添加中间层箔片进行激光焊接,分析添加Cu、Ni箔片对焊缝成形和力学性能的影响,通过扫描电镜和能谱分析,对无添加、添加Cu箔和添加Ni箔三种焊缝接头的铝钢结合界面处的金属间化合物进行点、线和面的能谱扫描。最后通过图像处理技术对铝钢激光焊接过程的原始图像,进行时域和频域的特征参数提取,分别提取金属蒸汽面积、飞溅数量和熔池尾部面积三个特征值。通过统计分析和小波包处理特征参数,采用支持向量机建模,通过归一化处理优化模型输入量,运用网格搜索、遗传算法和粒子群优化算法进行参数寻优,实现对焊接过程状态的识别。
刘宁宁[3]（2020）在《不锈钢车体侧墙型材结构设计及其组焊方法研究》文中进行了进一步梳理不锈钢车体作为当今主流的一种轨道交通车辆类型,由于其结构主体主要采用了不锈钢材料,其抗腐蚀性能极为优越,由于车体外表面不需要采取涂装等其他工艺措施,在环保、节能等方面也具有较大优点。目前,不锈钢车体生产制造主要是以模块化的方式,首先分别制造出各个结构模块,然后再进行整体组焊。其中,侧墙模块作为不锈钢车体的四大组成模块之一,具有结构多,而且幅长大等特点。目前,侧墙模块一般是先预制各个型材结构,再将其组装拼焊而成,不仅工艺复杂、而且生产效率低,焊接质量得不到保证。随着市场竞争的加剧以及焊接技术的不断发展,激光焊接开始出现在不锈钢车体的焊接当中。因此本文主要是针对不锈钢车体侧墙模块激光焊工艺的实际需求,对预制侧墙型材结构进行了设计,并研究其激光焊接工艺。本文设计的不锈钢车体侧墙型材结构由外板、内板和波纹板组成,通过激光搭接焊接方式连接起来。波纹板结构是设计优化的重点,波纹板尺寸包括角度、波峰宽度、高度等尺寸。本文采用控制变量的方法,以基准波纹板为尺寸基础,利用仿真软件HyperMesh求解弯曲刚度、扭转刚度,对波纹板进行优化,最终得到了弯曲刚度和扭转刚度大幅增加的优化波纹板,利用仿真方法确定波纹板在不锈钢模块中的间距,并设计了模块之间的拼接方式。针对焊接工艺的开发需求,本文利用专用焊接软件Simufact.Welding对整个不锈钢型材模块进行激光焊接的数值模拟,研究结果表明,焊后模型的最大等效应力和变形差距不大,这主要是由于采用热循环表（热量同时施加在焊缝上）和设置工装的原因使其焊接变形得到控制,同时本文也分析了中间波纹板处熔透搭接接头和部分熔透焊接接头中间焊缝横截面处的残余应力和变形,并对造成该结果的工艺条件进行了分析研究及优化设计。通过上述的研究,本文对不锈钢侧墙预制型材的结构设计、焊接工艺等方面提供了数据参考,具有一定的理论指导意义和使用价值。
张效宾[4]（2020）在《变形镁合金脉冲激光点焊的工艺及机理研究》文中认为镁合金电阻点焊的成形性非常不理想,为探索变形镁合金在汽车白车身的生产制造中的应用,亟需开发新的适应于自动化生产的点焊技术。Nd:YAG脉冲激光点焊是一种高效的精密焊接方法,具有焊接时间短和焊接精度高等优点,并且对焊接结构及夹具的空间分布的要求较低,因而是一种理想的汽车白车身的自动化生产点焊技术。目前,Nd:YAG脉冲激光点焊的研究主要集中在不锈钢、低碳钢和铝合金等材料,而针对镁合金的研究还鲜有报道。本文针对应用较广泛的AZ31变形镁合金,首次开展镁合金脉冲激光点焊的工艺及机理研究。文中的主要研究内容和研究成果如下:（1）在激光工艺控制系统默认的Rectangle（矩形）脉冲波形下,分析脉冲激光焊点的形成机理、显微组织特征以及焊点缺陷的形成原因和工艺特性。结果表明:当激光束的脉冲峰值功率密度大于2.5 GW/m2而小于4.5 GW/m2时,焊点类型为热传导焊;当脉冲峰值功率密度大于4.5 GW/m2时,焊点类型为深熔焊。熔池中的流体主要受Marangoni对流驱动,而Buoyancy对流对其影响不大。焊点金属中的析出相为Mg17Al12,其形态呈颗粒状或者是层片状。焊点表面熔合线附近的晶粒类型为柱状晶,而焊点表面中心处的晶粒类型为等轴晶;柱状晶和等轴晶的尺寸均随激光束的脉冲能量密度的升高而变大。此外,由于焊点熔池体积小（0.05 mm36.8 mm3）,且AZ31镁合金热传导系数较大(84 W?m-1?K-1),使得焊点熔池的冷却速度极快（1×105℃/s3.59×105℃/s）,激光焊点中易生成焊点气孔、焊点余高、焊点咬边和焊点凝固裂纹等缺陷;增加激光束的脉冲峰值功率密度,焊点内气孔和余高的面积百分比、咬边深度以及凝固裂纹的敏感性均变大。（2）研究脉冲波形对焊点耦合、表面形貌及冶金缺陷和显微组织的影响。在激光焊点的耦合效果方面,研究表明:Ramp-up脉冲（初始峰值功率密度由小变大）焊点的耦合效果最佳,Rectangle脉冲（峰值功率密度恒定不变）焊点次之,而Leading-spike脉冲（初始峰值功率密度由大变小）焊点的耦合效果最差,且脉冲初始波形对镁合金Nd:YAG激光焊吸收率的影响不明显。在激光焊点的表面形貌及缺陷抑制方面,研究表明:具有缓降闭合特性（Ramp-Down）的脉冲焊点的表面形貌优于具有瞬时闭合特性（Rectangle）的脉冲焊点的表面形貌。此外,延长Step-Down-t脉冲（Rectangle主波段后附加峰值功率为0.2 P的缓冷波段）的缓冷时间（t=2 ms→10 ms）,焊点气孔和余高的面积百分比以及焊点咬边深度均减少,当t=10 ms时,焊点内气孔、余高和咬边等缺陷消失;缓冷波段对焊点气孔的抑制作用体现在三方面:（1）减少熔池中卷入气体总量,（2）减弱熔池匙孔塌陷引起流体湍流的程度,促进匙孔中气体逸出,（3）延长焊点熔池在熔点温度以上的停留时间,使气泡逸出熔池表面的几率增加。提高Step-Down-10ms-n脉冲（Rectangle主波段后附加脉冲时间为10 ms的缓冷波段）的缓冷峰值功率（n=0.1 P→0.5 P）,焊点金属凝固裂纹敏感性先减小后升高;当n=0.3 P时,焊点凝固裂纹敏感性最小;缓冷波段对凝固裂纹的抑制作用体现在三方面:（1）大幅降低熔池冷却速度,减少糊状区中拉伸应力,（2）减轻熔池液态金属非平衡凝固的程度;（3）改善液态金属的回流和愈合的能力,并提高液态金属的渗透补缩能力。在激光焊点的显微组织方面,本文利用ANSYS模拟软件计算不同脉冲波形焊点熔池的液固界面上的凝固参数,并获得了AZ31镁合金激光焊点金属的结晶形态与G/R（温度梯度与凝固速度之比）的阈值关系。研究表明:当G/R值小于2℃?s/mm2时,凝固前沿的晶粒形态为等轴晶;当G/R取值为2℃?s/mm2700℃?s/mm2时,凝固前沿的晶粒形态为柱状晶;当G/R取值为700℃?s/mm22000℃?s/mm2时,凝固前沿的晶粒形态为胞状晶;当G/R值大于2000℃?s/mm2时,理论上凝固前沿的晶粒形态应为平面晶。此外,焊点横截面熔合线处的晶粒度小于焊点表面中心处,且Step-Down脉冲波形可增大焊点金属的晶粒尺寸。（3）为研究焊点凝固裂纹的分布规律,本文首次建立了与方向有关的、以时间为变量的凝固裂纹的萌生模型和扩展模型,以预测糊状区中凝固裂纹的萌生方向,并分析凝固裂纹的扩展行为。结果表明:在Rectangle脉冲焊点中,当焊点的深宽比小于0.3时,在焊点横截面上90°方向上的糊状区中萌生凝固裂纹;当焊点的深宽比大于0.3而小于0.8时,在焊点横截面两侧的45°方向上的糊状区中萌生凝固裂纹;当焊点的深宽比大于0.8时,在焊点横截面上90°方向上的糊状区中萌生凝固裂纹。在糊状区中,凝固裂纹尖端的毛细排斥力（106 Pa）远远大于流体驱动力（104 Pa）。因而,在热收缩和凝固收缩的作用下,凝固裂纹将沿着晶界随糊状区的迁移而扩展,直至焊点表面中心。
孙志强[5]（2020）在《模具表面短脉冲激光抛光理论及仿真研究》文中认为抛光是模具生产制造过程中十分关键的一道工序,当今社会对产品的表面精度的要求日益增加,因此对模具表面抛光精度的要求也随之增加,但目前主要靠人工进行,抛光精度差,效率低且难以对微结构进行抛光。激光抛光作为新型的表面抛光技术,凭借其抛光精度高、效率高、灵活度高等优势被广泛应用于各种材料表面的抛光。本课题将对短脉冲激光抛光金属和陶瓷模具表面的过程进行理论和仿真研究。本文对短脉冲激光光热作用过程进行了理论分析。对激光与物质相互作用过程进行了简要分析,阐述了材料对激光吸收率的理论模型,对激光光热作用过程的激光热源模型、传热模型和材料表面和内部的物理变化过程进行了理论分析。本文还对短脉冲激光抛光金属和陶瓷模具表面的过程进行了仿真研究。基于激光光热作用过程的理论分析建立了模具表面激光抛光的数值模型,根据一维高斯粗糙表面的理论建立了模具原始表面形貌的几何模型,通过设置材料属性、激光参数、边界条件、网格划分等建立了金属和陶瓷模具表面激光抛光的数值模型;利用COMSOL仿真软件对S136模具钢的激光抛光过程分别进行了单脉冲作用和激光扫描作用的二维瞬态温度场和流动场的耦合仿真,对Si C陶瓷的激光抛光过程分别进行了单脉冲作用的二维瞬态温度场和流动场的耦合仿真和热应力仿真。仿真结果对激光抛光过程的温度变化、材料熔化流动、汽化去除等进行了表征,通过仿真结果分析了单脉冲能量、脉冲宽度、扫描速度、扫描次数和原始表面均方根粗糙度对激光抛光效果的影响规律。此外,结合仿真结果对金属和陶瓷材料的短脉冲激光抛光机理进行了分析。
冯燕柱[6]（2020）在《不锈钢激光焊接熔池匙孔瞬态行为数值模拟研究》文中进行了进一步梳理激光焊接技术拥有高效率、高精度、易自动化、可焊难熔材料和异种材料、焊缝热作用范围小、焊缝深宽比高等优点,是先进的材料连接加工技术。现今激光焊接技术发展飞快,在很多领域获得推广与应用,例如锂电池行业、船舶建造业,所以越来越渴望提高激光焊接质量。研究发现激光焊接质量受熔池匙孔瞬态行为的影响。为了充分地认识激光焊接过程和提高激光焊接质量,论文主要研究304不锈钢激光焊接在不同熔透状态下和不同激光入射角下的熔池匙孔瞬态行为。本文借助数值模拟技术呈现了304不锈钢激光焊接在六种不同焊接参数状态下熔池匙孔的演变过程。基于数值模拟的结果,结合表面张力、马兰戈尼力等相关知识,分析每种条件下熔池形态、熔池流场、匙孔行为的特点,为获得良好的焊件提供一定的理论参考。首先利用不同的激光焊接工艺参数试制出未熔透、不充分熔透和全熔透三种类型的焊件样本,同时使用不同的激光入射角进行焊接试验。此外,选取部分焊件进行切割、磨削、抛光和腐蚀,以获取焊缝的横截面形貌为验证仿真结果提供依据。然后基于流体力学的基本方程,建立激光焊接过程熔池和匙孔之间耦合的三维瞬态模型,采用光线追踪热源描述激光能量分布,在模型中考虑热辐射、热对流、蒸发潜热、马兰戈尼力、反冲压力和表面张力等多种物理因素。其次,在建立的模型基础上,利用FLOW 3D流体仿真软件模拟未熔透、不充分熔透和全熔透三种类型的激光焊接过程,将仿真结果和试验后获得的焊缝横截面图进行比较,结果得出该模拟可以反映激光焊接实际过程。基于仿真结果分析发现:每种熔透焊接状态下熔池和匙孔都各有特点,匙孔在全熔透焊接时波动最大;在未熔透焊接时熔池内部的流动模式相对稳定,而在不充分熔透和全熔透焊接时熔池内部的流动相对复杂;在全熔透焊接时,焊件所吸收的激光能量有较大的变化幅度。分析试验结果发现焊件熔透状态和焊接工艺参数存在一定的联系。最后,基于建立的激光焊接数学模型,借助FLOW 3D软件对激光入射角分别为30°、0°、-30°的焊接过程进行模拟仿真,再结合试验结果证实了模拟的可用性。分析了不同激光入射角下熔池温度场、流场和匙孔形貌的变化。结果得出激光入射角对熔池中流体流速产生影响。通过对匙孔后壁反冲压力分析可知,激光入射角为正时,有利于抑制飞溅形成;而激光入射角为负时,则促进飞溅生成。激光入射角的正负明显影响匙孔的稳定性,当激光入射角为负时,匙孔稳定性降低,坍塌频率增加,产生气泡的概率提高。另外分析试验结果得知,随着激光入射角的增大,焊件的熔深减小,使用合适的激光入射角可以改善焊件成形质量。
高辽远[7]（2019）在《纳秒脉冲激光清洗铝合金表面漆层数值模拟与实验研究》文中提出随着激光清洗技术在航空航天领域越来越广泛的应用,其机理与工艺相关研究在工业清洗领域有着重大需求。本文针对飞机蒙皮漆层的高效去除问题,采用理论分析、数值模拟和实验相结合的方法,开展纳秒脉冲激光清洗2024铝合金表面丙烯酸聚氨酯漆层的数值模拟及实验研究,建立移动纳秒脉冲激光清洗的有限元模型,探究不同激光参数对激光清洗温度场和清洗后基体表面形貌的影响关系。主要研究工作如下:（1）基于激光与材料相互作用机理,分析激光能量在材料中的热传导模型,研究脉冲激光清洗不同厚度漆层所需的激光能量密度的理论模型;基于激光烧蚀理论,辅以热冲击与振动及等离子波冲击波等物理过程,探讨激光与漆层相互作用机理,建立激光清洗区域的理论去除模型,为研究激光参数和扫描参数协同调控及多参数优化模型奠定理论基础。（2）利用COMSOL Multiphysics软件建立移动纳秒脉冲激光清洗2024铝合金表面丙烯酸聚氨酯漆层的有限元模型,对清洗过程的温度场和位移场进行可视化模拟分析,研究激光清洗2024铝合金表面漆层的温度场动态分布与表面去除的三维微坑形貌,探究激光工艺参数（扫描速度,光斑搭接率,能量密度）对温度场分布和清洗后基体表面微坑宽度、深度和深宽比的影响规律,为后续实验参数选择提供指导。（3）开展了纳秒脉冲激光清洗系列实验,测试分析了激光清洗后表面的三维形貌、表面粗糙度以及微观形貌变化,探究了激光参数对清洗表面质量的影响,结果表明:当脉冲激光将表面漆层完全去除后,清洗后表面呈微坑状或沟槽形貌,当激光能量密度为1525 J/cm2,扫描速度2500 mm/s,重复频率100 kHz,搭接率50%时,基体表面沟槽峰谷高度为35.53450.234μm,可使再涂装漆膜附着力达到22 MPa以上,可获得良好的符合涂装工艺要求的表面质量。
吴家洲[8]（2019）在《激光深熔焊接过程流体流动分析和传热传质机理研究》文中研究指明激光焊接具有能量精确可控、热影响区小、残余应力低等优点,在汽车、航空航天、电子封装和造船等领域有广泛应用。激光焊接的速度快,极大提高了生产效率。激光束能量精确可控,能有效抑制异种材料焊接过程中金属间化合物的形成。激光焊接是一个复杂的物理化学过程,焊接过程中流体流动与传热过程、异种金属之间质量传输及焊接过程中气体保护决定了焊缝质量。然而这方面的微观机理研究尚不够完善。因此,本文研究了激光深熔焊接过程中小孔和熔池的热力学行为,以及异种金属焊接中金属之间传质机理;分析了小孔内喷射出的蒸汽等离子体、保护气和空气等气体在工件上部三维空间的质量分布。开展了相关焊接实验,验证模型正确性。采用随小孔形状时变的自适应热源,建立了同种金属激光深熔点焊接三维瞬态多相流模型。热源考虑激光的瑞利散射,模型还考虑蒸发所引起的质量转换和凝固现象所引起的动量损失。小孔和熔池的动力学分析考虑反冲压力、表面张力、浮力和液体静压力。密度、动力粘度、热导率、比热等热物性参数随着温度变化而变化。计算了小孔和熔池演化过程,研究了熔池流动和热量传输一般规律;对焊接过程中飞溅产生机理、小孔稳定性和激光功率变化对焊接过程影响作了详细分析。做了点焊接试验,拟验证计算结果正确性。建立了激光深熔连续焊接过程流体流动和热量传输的三维瞬态模型。焊接模式分为局部熔透、全熔透两种。对热源形式、蒸发现象和被熔化金属重新凝固的处理与点焊接相同。小孔和熔池演化过程与点焊接相似,不同之处在于热源以焊接速度随着运动小孔向前移动,并将热量传递给工件。小孔前被熔化金属绕过小孔边沿流到小孔尾部,重新凝固形成焊缝。开展相关焊接实验,计算结果与实验结论基本吻合。建立了异种金属激光深熔连续焊三维瞬态多相流-质量输运模型。质量输运遵循菲克定律。研究发现,小孔和熔池的热流场特性与局部熔透模式下连续焊接过程类似,不同之处在于流体流动不仅影响了热量的传输,而且影响了金属间质量输运。对流和扩散是金属间质量输运的两种基本方式。此外,下层金属区域小孔的形成也会影响金属间传质。下层被熔化金属在反冲压力的作用下被挤压进入上层金属区域重新凝固,可能会在上层金属区出现大量高浓度下层金属区,这可能影响焊接质量。流体流动、扩散和小孔形成对异种金属焊接过程中金属间反应层厚度和焊缝中元素扩散有重要影响。而金属间反应层厚度过大容易产生金属间化合物,脆硬的金属间化合物影响接头力学性能。此外,对激光功率和焊接速度变化对金属间反应层厚度和焊缝中元素扩散的影响也作了深入分析。最后,采用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）对焊接接头作了分析。结果显示,仿真结果与实验结论完全吻合。建立了激光深熔焊接过程中保护气组分输运模型。采用湍流模型分析流体流动,质量输运遵循菲克定律。模型计算了保护气、空气和小孔内喷出金属蒸汽等离子体等气体的质量输运过程,得到了保护气在工件表面及高度方向的质量分布。分析了保护气流量、保护气管位置和倾角变化对质量分布的影响。采用仿真所获得优化参数,对不同材料做焊接实验。结果表明,保护气均能对熔池和焊缝实现有效的保护。通过以上研究,构建了激光深熔焊接过程中流体流动、传热和传质的基本理论框架。数值分析为激光焊接工艺提供理论依据,课题研究对工程实践有重要的指导意义。
刘雅芳[9]（2016）在《铝钢激光焊接过程温度场的实验研究及数值模拟》文中认为轻量化是降低油耗、减少汽车废气排放的最有效技术途径之一。目前实现汽车轻量化的主要措施之一就是采用高强度的轻质材料,例如使用铝合金来代替传统钢材。为满足轻量化的基本要求,解决铝钢等异种金属间的连接问题已成为当下的研究重点。近年来,针对物理化学特性差异较大的异种金属之间的连接问题,一种新兴的焊接方法-激光熔钎焊快速发展起来,为铝钢连接问题提供了新的研究思路。本课题的具体研究内容如下:首先,基于ANSYS平台建立了铝钢平板搭接激光焊的三维有限元模型。利用APDL参数化设计语言,编制用于实现平面高斯热源的加载和移动的子程序,解决了焊接热源移动的数值模拟问题。考虑材料参数的非线性、相变潜热、边界换热条件等因素的影响,计算激光焊接过程温度场。通过研究激光熔钎焊表面温度场和纵截面温度场的分布云图,分别对比沿焊缝方向、垂直于焊缝方向和厚度方向所取节点的热循环曲线,详细分析了激光熔钎焊的温度场分布规律。其次,为验证模拟计算的准确性,进行了激光焊接试验,采用热电偶同步测温方法测得焊接热循环曲线,试验结果与数值模拟结果吻合较好。最后,基于MATLAB软件设计RBF（Radial Basis Function）型人工神经网络（ANN）,建立了激光熔钎焊条件下焊接工艺参数与焊接熔深之间的非线性映射关系,设计正交模拟试验,选取不同焊接工艺参数和焊接熔深的组合为人工神经网络的训练样本,对RBF型人工神经网络进行训练,并用训练后的人工神经网络模型预测了不同工艺参数条件下的焊接熔深,分析了焊接工艺参数（焊接功率、焊接速度、光斑半径）对焊接熔深的定量影响。本课题的研究结果为铝钢异种金属激光焊接提供了一种新的研究思路,为铝钢异种金属结构激光焊接的推广应用提供了重要理论和试验基础。
秦渊[10]（2012）在《毫秒激光与金属材料相互作用中的热学和力学效应研究》文中进行了进一步梳理毫秒激光与金属材料相互作用中将出现一系列的热学和力学效应。本文针对塑性屈服、熔融及小孔成形过程进行了理论计算、有限元模拟和实验研究。从实验和数值模拟两个方面研究了毫秒激光致金属材料产生塑性屈服的现象。在测量了薄铝板上反鼓包的成形过程的基础上,依据热传导理论及热弹塑性力学理论,用有限元法模拟了相关变形过程,通过比较实验和数值结果验证了数值算法的合理性。继而建立了毫秒激光与厚航空铝合金板相互作用的物理模型,用有限元法模拟了温度场和应力场的分布,得到了塑性屈服时间、范围以及残余应力的大小。并且将这几方面作为评判标准,比较了高斯型与顶帽型激光使厚铝合金板产生塑性屈服的过程。依据毫秒激光致金属厚板产生熔融相变情况,建立了半无限大轴对称模型。基于热传导理论及温度分布形式,得到了温度和熔融深度的解析解,并利用实验研究获得的熔池形貌验证了解析计算结果。进而讨论了熔融深度与作用激光脉宽及能量的关系,对深度先随脉宽增加然后又减小的现象进行了解释。提出了毫秒激光逆重力方向对厚铝板打孔的实验方法,并根据实验和温度解得到了小孔深度解析式。进而比较了激光顺打孔（顺重力方向）和逆打孔实验中熔融物的迁移质量、挂渣现象和小孔体积,讨论了重力对于物质迁移的作用。证明了逆打孔时激光能量更多的用于将材料加热至熔融,在重力辅助作用下,熔融物质更易迁移出孔,因而打孔效率更高。继而改变激光能量进行实验研究,发现大能量毫秒激光打孔较深,且算法需考虑离焦效应的影响。然后利用改进后的算法研究了毫秒激光对不同金属材料的打孔速率。针对激光打孔时光在小孔中传输的实际情况建立物理模型,分别采用物理光学法及光线追迹法研究了光束在小孔内多次反射过程,计算了小孔对入射光的总吸收率和吸收光强在小孔内的分布情况。通过比较计算结果得到结论：当孔口衍射作用明显或孔直径小于入射光波长时,光线追迹法将不再适用于计算小孔吸收,其中衍射的作用取决于偏振态、入射角度、光斑大小及小孔边缘处的相对光强。本文的研究结果可为进一步研究毫秒激光与金属相互作用中出现的温升、热应力、塑性屈服、熔融及小孔成形提供理论和实验研究依据,亦有助于毫秒激光在加工和军事中得到进一步的应用。
二、Nd:YAG CW激光热传导焊 Ⅰ.温度场三维解析计算（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Nd:YAG CW激光热传导焊 Ⅰ.温度场三维解析计算（论文提纲范文）
（1）激光增材烧结器设计及其热流耦合和热应力研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题来源与研究背景及意义 |
| 1.1.1 课题来源 |
| 1.1.2 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外发展现状及分析 |
| 1.2.1 国内外激光直接快速成型发展现状 |
| 1.2.2 热流耦合和热应力分析的研究现状 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第2章 五轴联动机床及其关键部件的方案分析与设计 |
| 2.1 五轴联动机床的总体设计 |
| 2.1.1 五轴联动机床设计要求 |
| 2.1.2 五轴联动机床总体设计 |
| 2.1.3 五轴联动机床工作过程 |
| 2.1.4 五轴联动机床技术参数 |
| 2.2 激光烧结器设计 |
| 2.2.1 激光烧结器系统方案分析及设计 |
| 2.2.2 激光烧结器结构设计及计算 |
| 2.2.3 激光发生器的选型与临界功率的计算 |
| 2.3 直驱式双回转台设计 |
| 2.3.1 直驱式双回转台结构设计 |
| 2.3.2 直驱式双回转台动态模型计算 |
| 2.3.3 力矩电机的选用 |
| 2.3.4 锁紧装置设计 |
| 2.4 机身设计 |
| 2.4.1 机身结构设计 |
| 2.4.2 进给系统设计 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 激光烧结器数学模型建立 |
| 3.1 热源及温度数学模型 |
| 3.1.1 热源模型 |
| 3.1.2 移动热源温度场函数 |
| 3.1.3 温度控制方程及边界条件 |
| 3.2 流体数学模型 |
| 3.2.1 流体流动控制方程 |
| 3.2.2 水流量计算 |
| 3.3 热应力数学模型 |
| 3.3.1 热弹性力学模型 |
| 3.3.2 热应力求解 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 激光烧结器热流耦合分析 |
| 4.1 热流耦合模型建立及边界条件设定 |
| 4.1.1 热流耦合模型的建立及网格划分 |
| 4.1.2 边界条件的设定与仿真结果的收敛 |
| 4.2 激光工艺参数对温度场的影响 |
| 4.2.1 激光输出功率对温度场的影响 |
| 4.2.2 扫描速度对温度场的影响 |
| 4.2.3 光斑直径对温度场的影响 |
| 4.3 流体参数对温度场的影响 |
| 4.3.1 流体温度对温度场的影响 |
| 4.3.2 流体速度对温度场的影响 |
| 4.3.3 温度分布仿真分析 |
| 4.3.4 速度分布仿真分析 |
| 4.3.5 压力分布仿真分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 激光烧结器瞬态热应力研究 |
| 5.1 激光烧结器热应力数值模拟 |
| 5.1.1 激光烧结器热应力的产生 |
| 5.1.2 热-结构耦合的实现 |
| 5.2 热应力场分析 |
| 5.2.1 生死单元的应用与移动热源的加载 |
| 5.2.2 热应力耦合模型的建立及边界条件设置 |
| 5.2.3 瞬态热分析仿真结果分析 |
| 5.2.4 瞬态热应力仿真结果分析 |
| 5.2.5 激光烧结器各参数对热应力的影响 |
| 5.3 热应变的产生及分析 |
| 5.3.1 热应变的产生 |
| 5.3.2 热应变仿真结果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文及专利 |
| 致谢 |
（2）铝钢异种材料光纤激光焊接状态视觉传感及焊缝成形研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题的研究背景及意义 |
| 1.2 国内外的研究现状 |
| 1.3 铝钢激光焊的研究热点 |
| 1.3.1 金属间化合物的形成 |
| 1.3.2 焊接过程检测 |
| 1.3.3 焊接缺陷的产生 |
| 1.3.4 加入添加剂或辅助源 |
| 1.4 本文课题来源 |
| 1.5 本文主要内容及结构 |
| 第二章 试验条件 |
| 2.1 试验系统概述 |
| 2.1.1 Nd:YAG光纤激光焊接系统 |
| 2.1.2 大功率光纤激光自动焊接系统 |
| 2.2 主要的硬件结构 |
| 2.2.1 YAG光纤激光焊接主要硬件 |
| 2.2.2 HWF40光纤激光焊主要硬件 |
| 2.3 检测设备 |
| 2.3.1 焊接过程检测设备与方法 |
| 2.3.2 接头性能测试设备与方法 |
| 2.3.3 显微组织分析设备与方法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 铝钢激光焊焊缝表征 |
| 3.1 YAG激光焊接薄板试验 |
| 3.2 YAG激光焊焊缝表征 |
| 3.2.1 焊缝高度测量 |
| 3.2.2 焊缝高度统计分析 |
| 3.3 大功率激光焊接 |
| 3.4 大功率激光焊焊缝表征分析 |
| 3.4.1 焊缝宽度分析 |
| 3.4.2 搭接剪切力分析 |
| 3.5 期望方法优化参数设计 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 铝钢激光焊搭接剪切强度、显微组织及断裂模式 |
| 4.1 试验装置 |
| 4.2 在线监测和搭接剪切强度分析 |
| 4.2.1 焊接过程在线检测 |
| 4.2.2 激光功率对搭接剪切强度的影响 |
| 4.2.3 焊接速度对搭接剪切强度的影响 |
| 4.2.4 离焦量对搭接剪切强度的影响 |
| 4.3 焊缝显微组织 |
| 4.3.1 不同激光功率下的焊缝成形 |
| 4.3.2 光学显微组织 |
| 4.4 金属间化合物和断裂模式 |
| 4.4.1 金属间化合物形成 |
| 4.4.2 两种失效模式的断裂分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 添加中间层箔片铝钢激光焊接及视觉传感分析 |
| 5.1 添加中间层箔片对焊缝机械性能的影响 |
| 5.1.1 试验装置 |
| 5.1.2 显微硬度测试 |
| 5.2 添加中间箔片对焊缝成形的影响 |
| 5.3 添加中间箔片对金属间化合物的影响 |
| 5.3.1 无添加中间层箔片的焊缝能谱分析 |
| 5.3.2 添加Cu箔片中间层的焊缝能谱分析 |
| 5.3.3 添加Ni箔片的焊缝能谱分析 |
| 5.4 添加中间箔片对金属蒸汽和飞溅的影响 |
| 5.4.1 图像变换与中值滤波 |
| 5.4.2 自动阈值图像分割 |
| 5.4.3 金属蒸汽面积参数的提取 |
| 5.4.4 飞溅数量提取 |
| 5.4.5 金属蒸汽和飞溅数量统计值分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 铝钢激光焊状态视觉识别 |
| 6.1 焊接过程在线检测原始图像及预处理 |
| 6.1.1 图像处理流程 |
| 6.1.2 金属蒸汽、飞溅和熔池特征均值分析 |
| 6.2 金属蒸汽、飞溅和熔池特征时频处理 |
| 6.3 支持向量机简介 |
| 6.3.1 支持向量机分类原理 |
| 6.3.2 线性可分情况 |
| 6.3.3 非线性可分情况 |
| 6.3.4 遗传算法和粒子群算法参数寻优 |
| 6.4 建立模型和状态识别 |
| 6.4.1 特征参数预处理 |
| 6.4.2 试验结果分析 |
| 6.5 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间所取得的学术成果 |
| 致谢 |
（3）不锈钢车体侧墙型材结构设计及其组焊方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究的背景及意义 |
| 1.2 不锈钢轨道车辆的发展现状 |
| 1.3 不锈钢车体焊接技术发展现状 |
| 1.4 有限元法及相关软件介绍 |
| 1.4.1 有限元法概述 |
| 1.4.2 有限元静力分析概述 |
| 1.4.3 仿真软件介绍 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 第2章 不锈钢车体侧墙型材模块结构设计 |
| 2.1 不锈钢车体侧墙基本结构 |
| 2.2 不锈钢车体侧墙型材模块化结构 |
| 2.2.1 波纹板结构优化分析 |
| 2.2.2 波纹板刚度分析理论 |
| 2.2.3 基本波纹板仿真结果 |
| 2.2.4 波纹板结构优化 |
| 2.3 不锈钢车体侧墙型材模块组装 |
| 2.3.1 波纹板间距分析 |
| 2.3.2 不同间距的不锈钢型材模块仿真分析 |
| 2.3.3 不锈钢型材模块接口设计和焊接 |
| 2.4 不锈钢车体侧墙型材模块结构轻量化设计 |
| 2.4.1 波纹板轻量化设计 |
| 2.4.2 内板轻量化设计 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 不锈钢车体侧墙型材模块激光焊接数值模拟 |
| 3.1 焊接数值模拟 |
| 3.2 不锈钢车体侧墙型材模块激光焊接有限元模型建立 |
| 3.2.1 建立几何模型和网格划分 |
| 3.2.2 定义材料属性 |
| 3.2.3 定义温度和工装夹具 |
| 3.2.4 创建焊接轨迹和热源模型 |
| 3.2.5 设置焊枪并定义焊缝 |
| 3.3 焊接有限元仿真分析结果 |
| 3.3.1 热循环曲线 |
| 3.3.2 一道焊缝瞬态仿真模拟温度场分析结果 |
| 3.3.3 焊接有限元模拟结果——热循环法 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 不锈钢车体侧墙型材模块静力分析 |
| 4.1 试验设计 |
| 4.1.1 试验材料 |
| 4.1.2 试验设备 |
| 4.1.3 试验方法 |
| 4.2 有限元分析 |
| 4.2.1 有限元模型 |
| 4.2.2 材料属性 |
| 4.3 结果分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 结论 |
| 参考文献 |
| 作者简介及攻读硕士期间取得的科研成果 |
| 致谢 |
（4）变形镁合金脉冲激光点焊的工艺及机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 脉冲激光点焊技术的研究现状 |
| 1.2.1 脉冲激光点焊工艺特性的研究进展 |
| 1.2.2 脉冲波形特性的研究进展 |
| 1.2.3 脉冲激光点焊热源模型的研究进展 |
| 1.2.4 脉冲激光点焊熔池流体流动行为的研究进展 |
| 1.3 镁合金激光焊接缺陷的研究现状 |
| 1.3.1 镁合金激光焊接热裂纹的研究进展 |
| 1.3.2 镁合金激光焊接气孔的研究进展 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 实验方法及模型建立 |
| 2.1 实验材料 |
| 2.2 实验设备及方法 |
| 2.2.1 实验设备及参数 |
| 2.2.2 实验方法 |
| 2.3 焊点特征值测量及组织分析 |
| 2.4 有限元仿真模拟 |
| 2.4.1 热传导控制方程 |
| 2.4.2 模型网格划分及热物性参数确定 |
| 2.4.3 热源模型选择 |
| 2.4.4 初始条件、边界条件及前提假设 |
| 2.4.5 热源模型验证 |
| 2.4.6 模拟结果处理 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 AZ31 镁合金的Rectangle(矩形)脉冲激光点焊特性 |
| 3.1 脉冲激光点焊工艺研究 |
| 3.1.1 脉冲激光焊点类型及特征 |
| 3.1.2 脉冲激光焊点熔池流动的无量纲分析 |
| 3.1.3 脉冲激光焊点形成过程及机理分析 |
| 3.1.4 脉冲工艺参数对焊点成形的影响 |
| 3.2 脉冲激光焊点显微组织分析 |
| 3.2.1 析出相分析 |
| 3.2.2 显微组织特征及工艺分析 |
| 3.3 脉冲激光焊点冶金缺陷产生机理及工艺分析 |
| 3.3.1 焊点气孔 |
| 3.3.2 焊点余高 |
| 3.3.3 焊点咬边 |
| 3.3.4 焊点凝固裂纹 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 脉冲波形对AZ31 镁合金激光点焊特性的影响 |
| 4.1 脉冲初始波形对焊点耦合的影响 |
| 4.1.1 镁合金Nd:YAG脉冲激光吸收机理 |
| 4.1.2 脉冲初始波形对镁合金激光吸收率的影响 |
| 4.1.3 脉冲初始波形对镁合金激光焊点尺寸的影响 |
| 4.2 脉冲闭合波形对焊点形貌及冶金缺陷的影响 |
| 4.2.1 Ramp-Down脉冲波形对焊点表面形貌的影响 |
| 4.2.2 Step-Down-t脉冲波形对焊点气孔、余高和咬边的影响 |
| 4.2.3 Step-Down-10ms-n脉冲波形对焊点凝固裂纹的影响 |
| 4.3 Step-Down脉冲波形对焊点显微组织的影响 |
| 4.3.1 Step-Down脉冲波形对凝固参数的影响 |
| 4.3.2 Step-Down脉冲波形对结晶形态的影响 |
| 4.3.3 Step-Down脉冲波形对晶粒尺寸的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 脉冲激光焊点凝固裂纹的分布规律及抑制效果 |
| 5.1 凝固裂纹萌生模型和扩展模型的建立 |
| 5.1.1 Feurer凝固裂纹模型 |
| 5.1.2 Sheikhi凝固裂纹模型 |
| 5.1.3 焊点熔池形状对凝固参数的影响 |
| 5.1.4 凝固裂纹萌生模型的建立 |
| 5.1.5 凝固裂纹扩展模型的建立 |
| 5.2 焊点熔池温度场的数值模拟分析 |
| 5.2.1 Rectangle脉冲波形焊点 |
| 5.2.2 Step-Down-10ms-0.3P脉冲波形焊点 |
| 5.3 Rectangle脉冲波形焊点凝固裂纹分布规律 |
| 5.3.1 凝固裂纹萌生方向预测 |
| 5.3.2 凝固裂纹扩展行为分析 |
| 5.3.3 凝固裂纹分布规律验证 |
| 5.4 Step-Down-10ms-0.3P脉冲波形对焊点凝固裂纹的抑制效果 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介及攻博期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
（5）模具表面短脉冲激光抛光理论及仿真研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题的来源及研究的目的和意义 |
| 1.1.1 课题的来源 |
| 1.1.2 研究的目的和意义 |
| 1.2 短脉冲激光抛光的原理 |
| 1.2.1 光热作用抛光 |
| 1.2.2 光化学作用抛光 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 国外研究现状 |
| 1.3.2 国内研究现状 |
| 1.3.3 国内外文献综述的简析 |
| 1.4 主要研究内容 |
| 1.4.1 短脉冲激光光热作用过程理论分析 |
| 1.4.2 模具表面短脉冲激光抛光数值模型 |
| 1.4.3 模具表面短脉冲激光抛光仿真研究 |
| 第2章 短脉冲激光光热作用过程理论分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 短脉冲激光与物质相互作用简介 |
| 2.2.1 短脉冲激光与物质相互作用的过程 |
| 2.2.2 激光功率密度对激光与物质作用的影响 |
| 2.2.3 激光光热作用后材料表面区域划分 |
| 2.3 材料对短脉冲激光的吸收 |
| 2.4 短脉冲激光光热作用过程理论模型 |
| 2.4.1 短脉冲激光热源模型 |
| 2.4.2 短脉冲激光与物质作用传热模型 |
| 2.4.3 材料表面及内部的物理变化 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 模具表面短脉冲激光抛光数值模型 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 模具原始表面形貌模型 |
| 3.3 金属模具表面短脉冲激光抛光数值模型 |
| 3.3.1 模型假设 |
| 3.3.2 材料属性及激光参数设置 |
| 3.3.3 几何模型建立 |
| 3.3.4 激光热源模型建立 |
| 3.3.5 边界条件 |
| 3.3.6 网格划分 |
| 3.4 陶瓷模具表面短脉冲激光抛光数值模型 |
| 3.4.1 模型假设 |
| 3.4.2 材料属性及激光参数设置 |
| 3.5 陶瓷模具热应力去除数值模型 |
| 3.5.1 模型假设 |
| 3.5.2 材料属性及激光参数设置 |
| 3.5.3 边界条件 |
| 3.5.4 网格划分 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 模具表面短脉冲激光抛光仿真研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 金属模具表面短脉冲激光抛光仿真研究 |
| 4.2.1 单脉冲激光作用仿真结果 |
| 4.2.2 激光扫描作用仿真结果 |
| 4.2.3 S136模具钢的短脉冲激光抛光机理 |
| 4.3 陶瓷模具表面短脉冲激光抛光仿真研究 |
| 4.3.1 SiC陶瓷的单脉冲激光作用仿真结果 |
| 4.3.2 SiC陶瓷的激光抛光机理 |
| 4.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（6）不锈钢激光焊接熔池匙孔瞬态行为数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 物理量名称及符号 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.2 激光焊接技术的简介 |
| 1.2.1 激光焊接技术的原理 |
| 1.2.2 激光焊接技术的优点与缺点 |
| 1.3 熔池匙孔瞬态行为研究国内外现状 |
| 1.3.1 熔池匙孔瞬态行为实验研究的现状 |
| 1.3.2 熔池匙孔瞬态行为数值模拟研究的现状 |
| 1.4 选题意义及主要研究内容 |
| 1.4.1 选题意义 |
| 1.4.2 主要研究内容 |
| 1.5 本章小结 |
| 第二章 试验系统 |
| 2.1 试验系统概述 |
| 2.1.1 光纤激光焊接系统 |
| 2.1.2 金相腐蚀实验设备 |
| 2.2 激光焊接试验材料 |
| 2.3 试验方案 |
| 2.3.1 焊件不同熔透状态的试验方案 |
| 2.3.2 不同激光入射角焊接试验方案 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 激光焊接熔池匙孔耦合模型的建立 |
| 3.1 激光焊接熔池匙孔耦合数学模型 |
| 3.1.1 模型控制方程 |
| 3.1.2 模型边界条件 |
| 3.2 激光热源模型 |
| 3.3 匙孔自由界面追踪方法 |
| 3.4 FLOW3D软件介绍 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 不同熔透焊接状态下熔池匙孔行为数值模拟与分析 |
| 4.1 不同熔透焊接状态下熔池匙孔行为的数值模拟 |
| 4.1.1 数值计算前处理 |
| 4.1.2 数值计算求解 |
| 4.1.3 数学模型验证 |
| 4.2 不同熔透焊接状态下熔池匙孔行为的分析 |
| 4.2.1 熔池温度及形态变化过程分析 |
| 4.2.2 熔池流动行为分析 |
| 4.2.3 匙孔行为分析 |
| 4.2.4 激光能量吸收情况分析 |
| 4.3 焊接工艺参数与焊件熔透状态的试验分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 激光入射角对熔池匙孔行为影响的数值模拟与分析 |
| 5.1 激光入射角对熔池匙孔行为影响的数值模拟 |
| 5.1.1 数值计算 |
| 5.1.2 数学模型验证 |
| 5.2 激光入射角对熔池匙孔行为影响的分析 |
| 5.2.1 熔池形态及温度变化过程分析 |
| 5.2.2 激光入射角对熔池流动行为的影响 |
| 5.2.3 激光入射角对匙孔行为的影响 |
| 5.3 激光入射角对焊缝成形质量影响的试验分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的论文 |
| 致谢 |
（7）纳秒脉冲激光清洗铝合金表面漆层数值模拟与实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 激光清洗 |
| 1.2.1 传统工业清洗 |
| 1.2.2 激光清洗技术概述 |
| 1.3 激光清洗国内外研究现状 |
| 1.4 本文主要研究内容及意义 |
| 1.4.1 研究意义 |
| 1.4.2 主要研究内容 |
| 本研究内容得到以下基金资助 |
| 第二章 脉冲激光清洗过程的理论分析 |
| 2.1 激光清洗过程中的反射与吸收 |
| 2.2 激光热传导模型 |
| 2.3 脉冲激光清洗机制 |
| 2.3.1 选择性气化 |
| 2.3.2 热弹性振动 |
| 2.3.3 逆轫致剥离 |
| 2.3.4 蒸汽压力 |
| 2.3.5 光致压力 |
| 2.3.6 光致分解 |
| 2.4 脉冲激光去除模型 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 激光清洗温度场数值模拟 |
| 3.1 激光清洗温度场数值模拟方法 |
| 3.1.1 COMSOL有限元软件简介 |
| 3.1.2 激光清洗温度场数值模拟的关键问题 |
| 3.2 激光清洗温度场数值模拟过程 |
| 3.2.1 模型建立及网格划分 |
| 3.2.2 材料属性及边界条件 |
| 3.2.3 激光载荷定义与加载 |
| 3.2.4 激光清洗温度场模拟分析流程 |
| 3.3 激光参数对温度场分布影响 |
| 3.3.1 加载和模拟 |
| 3.3.2 扫描速度对温度场分布的影响 |
| 3.3.3 激光能量密度对温度场分布的影响 |
| 3.4 激光参数对清洗形貌的影响 |
| 3.4.1 激光参数对基体表面微坑宽度的影响 |
| 3.4.2 激光参数对基体表面微坑深度的影响 |
| 3.4.3 激光参数对基体表面微坑结构的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 激光清洗铝合金面漆层实验与工艺研究 |
| 4.1激光清洗实验 |
| 4.1.1 激光清洗设备与材料 |
| 4.1.2 实验试样制备 |
| 4.1.3 激光清洗实验方案 |
| 4.2 清洗表面三维形貌分析 |
| 4.2.1 表面三维形貌检测方法及设备 |
| 4.2.2 激光参数对表面三维形貌的影响 |
| 4.2.3 激光参数对表面粗糙度影响 |
| 4.3 表面微观形貌分析 |
| 4.3.1 表面微观形貌检测方法及设备 |
| 4.3.2 激光参数对表面形貌的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间的科研成果 |
（8）激光深熔焊接过程流体流动分析和传热传质机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 研究的背景和意义 |
| 1.2 同种金属激光深熔焊接过程数值模拟研究现状 |
| 1.2.1 非动态小孔模型的焊接过程模拟研究 |
| 1.2.2 动态小孔模型的焊接过程模拟研究 |
| 1.2.3 飞溅形成过程模拟研究 |
| 1.2.4 金属蒸汽等离子体研究 |
| 1.3 异种金属激光深熔焊接过程数值模拟研究现状 |
| 1.4 激光深熔焊接保护气流场数值模拟研究现状 |
| 1.5 本文研究的主要内容 |
| 1.6 本章小结 |
| 第2章 激光深熔焊接过程数学模型的理论基础 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 控制方程及其离散方法 |
| 2.3 多相流VOF模型 |
| 2.4 控制方程组的数值解法 |
| 2.5 数值计算的程序实现 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 激光深熔点焊接流体流动和传热过程分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 数学模型 |
| 3.2.1 激光热源模型 |
| 3.2.2 控制方程 |
| 3.2.3 边界条件 |
| 3.3 点焊接过程数值分析 |
| 3.3.1 小孔的形成过程及机理研究 |
| 3.3.2 熔池的流动和传热过程分析 |
| 3.3.3 飞溅的形成过程及机理研究 |
| 3.4 小孔的稳定性分析 |
| 3.5 激光功率对焊接过程的影响 |
| 3.6 实验验证 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 激光深熔连续焊接流体流动和传热过程分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 数学模型 |
| 4.2.1 激光热源模型 |
| 4.2.2 控制方程 |
| 4.3 局部熔透模式焊接过程数值分析 |
| 4.3.1 局部熔透模式焊接过程分析 |
| 4.3.2 熔池的流动和传热过程分析 |
| 4.4 全熔透模式焊接过程数值分析 |
| 4.4.1 全熔透模式焊接过程分析 |
| 4.4.2 熔池的流动和传热过程分析 |
| 4.5 工件表面等离子体对焊缝形貌的影响 |
| 4.6 实验验证 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 异种金属激光深熔连续焊接流体流动和传热传质过程分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 数学模型 |
| 5.2.1 控制方程 |
| 5.2.2 多相流-质量输运组合计算模型的建立 |
| 5.3 熔池的流动和传热过程分析 |
| 5.4 异种金属之间传质及机理研究 |
| 5.5 实验验证 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 激光深熔焊接保护气流动和传质过程分析 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 数学模型 |
| 6.2.1 控制方程的处理 |
| 6.2.2 边界条件 |
| 6.3 保护气流动和传质过程分析 |
| 6.3.1 保护气流场分析 |
| 6.3.2 保护气传质过程分析 |
| 6.4 保护气流量变化对传质的影响 |
| 6.5 保护气管位置和倾角变化对传质的影响 |
| 6.5.1 垂直距离变化对传质的影响 |
| 6.5.2 水平距离变化对传质的影响 |
| 6.5.3 保护气管倾角变化对传质的影响 |
| 6.6 实验验证 |
| 6.7 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
（9）铝钢激光焊接过程温度场的实验研究及数值模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 铝钢异种金属焊接研究现状 |
| 1.2.1 铝钢异种金属焊接难点及主要焊接方法 |
| 1.2.2 激光焊接机理及其主要影响因素 |
| 1.2.3 激光焊接在铝钢连接中的应用 |
| 1.3 激光焊接温度场数值模拟研究现状 |
| 1.4 人工神经网络在焊接领域的应用 |
| 1.5 本课题的主要研究内容 |
| 第二章 试验材料、设备及试验方法 |
| 2.1 试验材料 |
| 2.2 试验设备 |
| 2.2.1 激光器工作系统 |
| 2.2.2 测温系统 |
| 2.3 试验方法 |
| 2.3.1 焊前准备 |
| 2.3.2 工件的装夹与定位 |
| 第三章 铝钢激光熔钎焊过程温度场的数值模拟 |
| 3.1 温度场有限元分析理论基础 |
| 3.1.1 有限元法概述 |
| 3.1.2 温度场的控制方程 |
| 3.1.3 初始条件和边界条件 |
| 3.1.4 温度场有限元求解 |
| 3.2 有限元模拟过程 |
| 3.2.1 几何模型的建立 |
| 3.2.2 单元类型的确定 |
| 3.2.3 材料的热物理性能参数 |
| 3.2.4 网格的划分 |
| 3.2.5 相变潜热的处理 |
| 3.2.6 边界条件 |
| 3.2.7 热源模型的选取 |
| 3.3 温度场模拟结果分析 |
| 3.3.1 焊接过程温度场分布特点 |
| 3.3.2 焊接热循环曲线 |
| 3.4 温度场测试试验 |
| 3.4.1 测试方法 |
| 3.4.2 试验测试点的分布 |
| 3.4.3 试验结果与模拟结果的对比 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 铝钢激光熔钎焊工艺参数分析 |
| 4.1 RBF人工神经网络的建模 |
| 4.1.1 ANN预测焊接熔深的原理 |
| 4.1.2 模拟预测铝钢焊接熔深数据库的建立 |
| 4.1.3 人工神经网络模型的结构设计 |
| 4.2 RBF人工神经网络模型的训练 |
| 4.2.1 训练算法 |
| 4.2.2 ANN预测精度的衡量指标 |
| 4.2.3 调整spread值优化神经网络模型精度 |
| 4.3 铝钢激光焊接熔深预测及影响因素分析 |
| 4.3.1 预测铝钢激光焊接的熔深 |
| 4.3.2 焊接工艺参数对焊接熔深的影响分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果 |
| 致谢 |
（10）毫秒激光与金属材料相互作用中的热学和力学效应研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 目录 |
| 图表目录 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 激光致金属发生塑性屈服的研究进展 |
| 1.2.1 固相阶段温度的理论和数值研究 |
| 1.2.2 热应力的理论和数值研究 |
| 1.2.3 塑性屈服过程中相关物理量的测试方法 |
| 1.3 激光致热熔融过程 |
| 1.3.1 理论计算 |
| 1.3.2 数值模拟 |
| 1.3.3 实验方法 |
| 1.4 激光致小孔成形过程 |
| 1.4.1 理论计算 |
| 1.4.2 数值模拟 |
| 1.4.3 实验方法 |
| 1.5 小孔对入射激光的吸收 |
| 1.6 本文的主要研究工作 |
| 2 毫秒激光致金属材料产生塑性屈服研究 |
| 2.1 薄板的塑性变形研究 |
| 2.1.1 鼓包方向的理论判定 |
| 2.1.2 毫秒激光致薄板变形过程的实验研究 |
| 2.1.3 有限元数值计算方法 |
| 2.1.4 有限元数值计算结果 |
| 2.2 毫秒激光致厚金属板塑性屈服过程的数值模拟 |
| 2.2.1 数学模型 |
| 2.2.2 瞬态温度场的解析解 |
| 2.2.3 计算结果和分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 毫秒激光致金属熔融过程中温度与熔融深度的解析算法 |
| 3.1 计算模型与求解过程 |
| 3.1.1 固态阶段 |
| 3.1.2 熔融阶段 |
| 3.1.3 激光照射结束后熔融深度的增加 |
| 3.2 实验与结果 |
| 3.3 解析计算和讨论 |
| 3.3.1 中心o点的温度 |
| 3.3.2 熔池的形状和大小 |
| 3.4 脉宽和能量对熔融深度的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 毫秒激光金属材料打孔过程的解析计算与实验研究 |
| 4.1 毫秒激光打孔实验 |
| 4.1.1 实验装置 |
| 4.1.2 实验结果 |
| 4.2 计算方法与结果讨论 |
| 4.2.1 计算方法 |
| 4.2.2 孔的演变过程 |
| 4.3 重力对物质迁移的影响 |
| 4.3.1 迁移物质的质量及形态 |
| 4.3.2 挂渣现象 |
| 4.3.3 孔形状的比较 |
| 4.4 离焦效应对打孔深度的影响 |
| 4.4.1 不同能量激光打孔实验 |
| 4.4.2 解析计算结果 |
| 4.4.3 光束半径对孔尺寸的影响 |
| 4.4.4 考虑离焦效应的算法 |
| 4.5 毫秒激光对不同金属的打孔速率 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 微孔对入射光吸收率的数值研究 |
| 5.1 菲涅尔吸收 |
| 5.2 计算模型 |
| 5.2 光线追迹法 |
| 5.4 物理光学方法 |
| 5.5 矩形孔对线偏振光的吸收 |
| 5.5.1 总吸收率 |
| 5.5.2 吸收光强的分布 |
| 5.6 三角形孔对线偏振光的吸收 |
| 5.6.1 总吸收率 |
| 5.6.2 吸收的光强分布 |
| 5.7 锥形孔对切(径)向偏振光的吸收 |
| 5.8 实体微孔对切(径)向偏振光的吸收 |
| 5.8.1 总吸收率 |
| 5.8.2 吸收光强的分布 |
| 5.9 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
四、Nd:YAG CW激光热传导焊 Ⅰ.温度场三维解析计算（论文参考文献）
- [1]激光增材烧结器设计及其热流耦合和热应力研究[D]. 王乐. 哈尔滨理工大学, 2021(09)
- [2]铝钢异种材料光纤激光焊接状态视觉传感及焊缝成形研究[D]. 刘桂谦. 广东工业大学, 2020
- [3]不锈钢车体侧墙型材结构设计及其组焊方法研究[D]. 刘宁宁. 吉林大学, 2020(01)
- [4]变形镁合金脉冲激光点焊的工艺及机理研究[D]. 张效宾. 吉林大学, 2020(08)
- [5]模具表面短脉冲激光抛光理论及仿真研究[D]. 孙志强. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [6]不锈钢激光焊接熔池匙孔瞬态行为数值模拟研究[D]. 冯燕柱. 广东工业大学, 2020(07)
- [7]纳秒脉冲激光清洗铝合金表面漆层数值模拟与实验研究[D]. 高辽远. 江苏大学, 2019(02)
- [8]激光深熔焊接过程流体流动分析和传热传质机理研究[D]. 吴家洲. 南昌大学, 2019(04)
- [9]铝钢激光焊接过程温度场的实验研究及数值模拟[D]. 刘雅芳. 上海工程技术大学, 2016(11)
- [10]毫秒激光与金属材料相互作用中的热学和力学效应研究[D]. 秦渊. 南京理工大学, 2012(07)