基于BP和GA的激光焊接热源模型参数优化

通过BP神经网络与遗传算法GA对激光焊接有限元模拟中的热源模型参数进行优化,实现了对激光焊接温度场的精确模拟。选取面体热源模型对激光焊接温度场进行了有限元模拟,将模拟中难以确定并且对结果影响较大的热源有效功率系数、热能分配系数和热源作用半径作为输入量,以有限元模拟结果的误差作为输出量对BP神经网络进行训练,得到具有一定预测能力的神经网络,并形成结合神经网络和遗传算法的参数优化方法。结果表明,经过参数优化后的激光焊接有限元模拟具有较高的精度。     

激光诱导焊接温度场的数值模拟

提出了激光诱导的概念,建立了激光诱导物理及热源模型,推导了激光诱导移动点热源加热薄板的准稳定状态方程.利用MARC软件对304不锈钢激光诱导焊接温度场进行了有限元分析.选取建立的激光诱导热源模型,进行二次开发编写子程序,实现激光诱导移动点热源的加载.利用高温热电偶实测激光诱导焊接的温度场热循环曲线,将模拟值与实测值进行对比分析,结果表明,模拟值与实测值吻合良好.     

铝合金激光焊接过程有限元模拟与分析

激光焊接铝合金过程非常复杂,针对铝合金激光焊接过程的实际情况建立了有限元模型,试图通过有限元模拟的方法揭示激光焊接过程的特点.建模过程中激光热源模型考虑了表面热源和体热源,分别反映等离子体的影响和激光束的作用.利用有限元模型分析了激光焊接过程中小孔的形成和长大过程,同时将模拟结果与试验结果进行比较,模拟出的焊缝宏观截面形状与试验结果表现出较好的一致性,证明所建立的有限元模型是合理的.有限元模型可以用来预测实际焊接过程中不同焊接工艺参数下焊缝的成形情况,可以为激光焊接工艺参数的选择提供理论指导和参考,更好地发挥铝合金激光焊接的优势.     

低合金钢深熔TIG水冷焊温度场数值模拟

文中采用ANSYS有限元软件，建立Q345低合金钢的深熔TIG焊接温度场有限元模型，采用双椭球热源与圆柱体热源的组合热源形式，对焊接过程中温度场进行模拟，得到与试验结果吻合度很高的模拟结果，验证了有限元模型的正确性. 通过进一步对比研究发现，采用背部水冷增强散热的处理，能大大减小熔池体积，同时使得根部焊道液态金属迅速冷却，有利于维持熔池区受力平衡，保证焊接小孔稳定，基于此提出水冷焊改善工艺的机理.     

小功率脉冲激光模具修复温度场数值模拟

利用建立的高斯面热源与旋转体热源复合热源模型,在MSC·Marc有限元分析软件中分析计算小功率脉冲激光焊接修复模具中的焊接热过程。提取有限元模拟结果中焊接起始焊接位置与焊接路径中间位置的温度场数据,与实际试验利用热电偶配合红外线测温仪测量结果对比分析。有限元模拟软件计算结果与红外线温度传感器测量的实际焊接过程温度场,以及焊缝截面金相照片对比验证相近。建立的复合热源模型可有效描述小功率脉冲激光焊接修复模具过程中的热传导过程,可为小功率脉冲激光焊接在修复模具过程的热传导分析提供数据分析,提高小功率脉冲激光焊接修复模具的质量和使用寿命。     

激光焊接圆锥体热源模型及参数研究

激光焊过程中包含了一系列复杂的物理、化学反应现象.为合理描述激光焊温度场,采用圆锥体热源模型,用有限元分析软件ANSYS对激光焊温度场进行计算模拟,得到相应的温度场分布及焊缝熔深、熔宽.计算结果表明,所用圆锥体热源模型能较好符合试验结果,有效反映实际激光焊过程.同时根据试验测得的焊缝形状,结合数值模拟,用反演方法给出了模型参数的计算公式.该公式可以实现一定焊接工艺条件下确定激光焊接圆锥体热源模型的参数,并方便进行激光焊温度场模拟和焊缝宽度的预测.     

激光焊接铝合金材料过程的建模与仿真

在试验基础上,利用有限元软件ANSYS对3A21铝合金材料激光焊接温度场进行了动态模拟。通过对激光焊接非线性瞬态过程的分析,分析与温度场有关的潜热、热传导、对流、辐射等材料热物理属性,建立了激光焊接的移动热源模型。仿真结果表明:激光焊接薄板铝合金的温度场梯度大,热影响区小;温度场中各点温度呈指数式升高和衰减;焊缝和近焊缝区温度升降急剧,焊缝宽度的仿真结果与试验结果相一致,从而验证了所建立的移动热源模型在激光焊接铝合金薄板温度场模拟中的适用性,在一定程度上揭示了激光焊接的成型机理。     

不锈钢焊接温度场的三维数值模拟

分别详细分析了焊接热源的三种计算模型即高斯热源模型、双椭圆高斯热源模型及双椭球热源模型的数学表达式与物理特点。利用三维有限元网格划分技术，对工件进行网格划分，并采用网格自适应技术对焊缝金属的网格进行自动加密与生成，为缩短焊接过程数值模拟时间创造了条件。在此基础上又对其中两种焊接热源模型所建立的温度场进行了计算，得到了不锈钢SUS310材料温度场的分布规律，研究了各种参数对温度场分布的影响，并与工艺试验结果进行了比较，提出了适合三维有限元分析的最佳焊接热源模型。     

高温钛合金TA12激光-MIG复合焊应力场有限元分析

通过采用旋转高斯曲面体热源与双椭球热源线性叠加的方法来模拟激光-MIG复合焊接的有限元模型。并基于建立的热源模型,对厚8 mm的TA12钛合金板材的激光-MIG复合焊接的温度场和应力场进行耦合分析,并对比分析模拟结果与实际焊接结果。结果表明,TA12钛合金激光-MIG复合焊焊接变形和残余应力实验结果与数值计算值吻合较好,证明了该组合热源模型的适用性。     

激光焊接热源和焊速对温度场影响的数值模拟

利用不同的工艺参数,进行A304不锈钢薄板激光对焊试验。建立了激光焊接的三维有限元模型,通过有限元方法,分析了热源模型和焊接速度对激光焊接过程中温度场和熔池形状的影响。结果显示,热源和焊速对温度场和熔池形状有很大影响,应用旋转高斯曲面热源模型得到的熔池形状与试验结果吻合良好。     

窄间隙坡口激光-MAG复合焊温度场数值模拟

采用激光电弧复合焊焊接窄间隙坡口钢板,坡口会影响激光光致等离子体及电弧形态,从而改变能量密度分布。采用数值模拟手段,综合考虑激光与电弧的相互作用以及窄间隙坡口对等离子体及电弧的压缩作用,建立激光-MAG复合堆焊热源模型和适用于窄间隙坡口的激光-MAG复合焊接热源模型,并分别进行堆焊和窄间隙坡口对接焊的温度场数值模拟。结果表明,两种热源模型的模拟所得焊缝形状与实际焊接焊缝熔合线相符性良好,熔宽、熔深相近,窄间隙坡口对温度场分布有重要影响。     

不锈钢车体非熔透激光搭接焊热源模型

用激光搭接焊取代电阻点焊是解决不锈钢车体表面质量和密封性问题的理想方法,但在不锈钢车体非熔透型激光搭接焊工艺试验过程中,发现在常用的激光焊接工艺参数范围内,搭接接头的熔池形状近似花瓶状,不同于通常情况下热导焊时呈碗状和深熔焊时呈钉形.为此,基于ABAQUS有限元分析软件,分别对高斯热源、高斯热源+柱体热源、三维正锥体热...     

镁合金真空电子束焊接匙孔热效应数值模拟

分析了镁合金真空电子束焊接过程中的匙孔热效应特征,针对真空电子束焊接工艺建立了适用于镁合金焊接的复合热源模型.考虑到焊接过程中存在的高温金属蒸气等离子体及真空电子束焊接"匙孔"深熔效应特征,模型由高斯面热源和圆锥体热源复合而成,利用高斯面热源功率分配系数和圆锥体热源功率分配系数的不同取值,模拟电子束焊接的不同聚焦状态,并得到电子束聚焦状态与散焦状态下的焊接温度场变化,进而通过计算得到聚焦状态变化下的匙孔形状和焊缝成形.结果表明,模拟结果与其具有较好的一致性.     

GH4133高温合金激光深熔焊温度场数值模拟

对航空材料GH4133高温合金激光深熔焊接过程进行了有限元数值模拟分析,建立了高斯旋转曲面体热源的热输入模型,得到了基于小孔模型的温度梯度曲线分布.结果表明,激光焊接小孔深度方向的热传导速率大于小孔径向的热传导速率;小孔前端的热梯度远大于小孔后端,小孔和熔池形状均为长椭圆形;距离焊缝不同位置处各点的升温过程相比焊缝中心具有延迟性,且温度峰值大大降低.     

热压条件下激光深熔焊接温度场的数值模拟

对铝合金LF3Y2搭接板进行了热压条件下激光深熔焊接.建立了该条件下的焊接热源模型,热源模型由作用在工件表面的高斯面热源和沿激光入射方向的旋转高斯体热源构成.使用该热源模型和ANSYS有限元分析软件对前述的试验进行了数值模拟.结果表明,热压使激光在高速焊接时依然有足够的熔深和熔宽;试件表面的等温线呈椭圆形,在移动热源前方温度梯度大,后方温度梯度小;计算所得的熔池截面成形与工艺试验结果吻合良好,验证了该热源模型的合理性.     

激光+GMAW复合热源焊流体流动数值分析模型

基于FLUENT软件,建立了适用、高效的激光+GMAW复合焊流体流动数值分析模型. 将电弧热输入视为双椭球热源模型,采用基于小孔尺寸的锥体热源模型描述激光热流分布;将金属填充过程视为液态金属从熔池上部边界以一定速度流入熔池过程,并通过对液态金属流速施加时间脉冲函数,模拟熔滴的过渡频率;模型简化了小孔的计算过程,主要考虑熔池中存在的弯曲小孔对流体的影响. 利用FLUENT软件,对激光+GMAW复合热源焊熔池流体流动及小孔形态进行了模拟计算和分析. 结果表明,模型能够合理反映小孔及复合焊流体流动模式的主要特征,且提高了计算效率.     

TC4钛合金激光深熔焊小孔形貌特征的有限元精细分析

针对TC4钛合金激光深熔焊接的特点,建立了适合小孔尺寸精度的微米级精细计算模型.结合TC4钛合金材料属性,利用能量分布与小孔形貌特点相类似的高斯旋转曲面体热源进行加载,得到了随激光焊接工艺参数改变而变化的小孔形貌及瞬态温度分布特征.通过分析瞬态过程小孔前后沿、小孔径向以及小孔深度方向的特征尺寸及温度分布,得出了对TC4钛合金激光焊接小孔形貌影响最大的工艺参数.通过分析各工艺参数的影响规律,提出了TC4钛合金激光焊接得到最佳小孔形貌或温度分布的工艺参数取值范围.     

Three thermal analysis models for laser, GMAW-P and Iaser＋GMAW-P hybrid welding

The temperature fields and the weld pool geometries for laser + GMA W-P hybrid welding, laser welding and pulsed gas metal arc welding (GMAW-P) are numerically simulated in quasi-steady state by using the developed heat source models, respectively. The calculated weld cross-sections of the three types of welding processes agree well with their respective measured results. Through comparison, it is found that the temperature distribution of laser+ GMAW-P hybrid welding possesses the advantages of those in both laser and GMA W-P welding processes so that the improvement of welding productivity and weld quality are ensured.     

双丝焊温度场仿真的热源模型研究

分别以高斯热源模型及双椭球形热源模型为基础,推导出两种模型用于双丝焊的计算公式,建立了合适的有限元模型。在充分考虑各种边界条件下,对两种模型所建立的温度场进行了计算,得到25钢的双丝焊接瞬态温度场的分布规律。两种模型的仿真结果与工艺试验结果比较表明,双椭球形热源模型比高斯热源模型更适合双丝焊的三维有限元分析。     

双丝焊温度场仿真的热源模型研究

分别以高斯热源模型及双椭球形热源模型为基础，推导出两种模型用于双丝焊的计算公式，建立了合适的有限元模型。在充分考虑各种边界条件下，对两种模型所建立的温度场进行了计算，得到25钢的双丝焊接瞬态温度场的分布规律。两种模型的仿真结果与工艺试验结果比较表明，双椭球形热源模型比高斯热源模型更适合双丝焊的三维有限元分析。