高氮钢激光-MIG复合焊温度场数值模拟

提出了一种修正的曲线峰值递减锥体热源+峰值递增柱状热源的复合式热源模型,采用该热源模型进行高氮钢激光-电弧复合焊温度场数值模拟,获得高氮钢激光-电弧复合焊焊接过程温度分布。结果表明,修正的热源模型能够对高氮钢激光-电弧复合焊焊缝成形进行较好的表征,模拟计算得到的熔池轮廓与实际测量值吻合较好。由于电弧减缓了材料的冷却速度,熔池呈现泪滴状拖尾,可以较好地表征熔池移动行为。采用模拟计算分析得到的优化工艺参数进行焊接试验,焊后接头力学性能测试结果表明,焊缝最高抗拉强度为1 049 MPa,达到母材的95.4%,焊缝冲击吸收功可达母材的87.5%,为高氮钢激光-电弧焊接工艺的制订提供了指导。     

基于响应面法的离体皮肤组织激光融合切口性能多元非线性回归模型

基于响应面法设计方法对离体皮肤组织进行脉冲激光焊接实验,获得了组织切口的抗张强度和峰值温度数据;在单因子实验的基础上,以激光功率、光斑移动速率、激光频率作为3个影响因子,建立多元非线性数学回归模型,通过方差分析和回归分析得出该回归模型的相关系数:切口抗张强度的相关系数为0.9131,切口峰值温度的相关系数为0.9985。模型分析结果表明:激光功率、光斑移动速率和激光频率3个因素的主效应和交互作用对切口性能具有很大影响,对切口抗张强度影响最大的主效应为激光功率,交互效应为激光功率与光斑移动速率;对切口峰值温度影响最大的主效应为激光功率,交互效应为激光功率与光斑移动速率、激光功率与激光频率、光斑移动速率与激光频率。最后依据回归模型得出了最优激光工艺参数组合,回归模型预测响应值与实验结果相吻合,且切口强度满足要求。     

基于NSGA-Ⅱ的离体皮肤组织激光融合工艺参数的多目标优化

以激光功率、激光脉冲频率、扫描速度为优化变量,建立了激光离体皮肤组织融合工艺参数的多目标优化模型。基于MATLAB软件,应用第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)寻求帕累托最优解集,得到了最优工艺参数,分析了优化目标对工艺参数变化的响应灵敏度。在优化的工艺参数下,测试了切口黏结强度,分析了微观组织。结果表明:切口黏结强度对激光工艺参数具有更高的灵敏度,激光功率对切口黏结强度、组织峰值温度的影响比较显著;所提优化工艺可以实现离体皮肤组织的全层融合,在组织峰值温度降低的情况下,离体皮肤组织切口的黏结强度比单目标优化结果提高了5.6%。