硅片的激光吸收系数修正与弯曲试验

考虑热物性能参数随温度变化的因素,以硅为对象进行激光弯曲模拟和试验,借助APDL语言编写激光弯曲成形的仿真程序,对单脉冲作用过程进行模拟,以得到单点脉冲周期内的温度分布;并采用NiCr/NiSi合金薄膜热电偶对单脉冲作用过程中的温度分布进行测量,对比上述的温度模拟与测量结果,修正硅材料的激光综合吸收系数。采用有限元分析软件实现了硅片的脉冲激光弯曲成形的仿真和模拟,并对多次连续扫描的模拟结果与硅片弯曲试验结果进行对比,验证了仿真程序的有效性,为硅片的激光弯曲成形提供了理论与试验依据。     

基于吸收系数修正的硅片激光弯曲模拟与实验

考虑热吸收系数随温度变化的因素,以硅为对象进行了激光弯曲模拟和实验。借助APDL语言编写了激光弯曲成形的仿真程序,对单脉冲作用过程进行模拟,以得到单点脉冲周期内的温度分布;采用NiCr／NiSi合金薄膜热电偶对单脉冲作用过程中的温度分布进行测量,对比上述的温度模拟与测量结果,修正硅材料的激光综合吸收系数为0．82。采用有限元分析软件实现了硅片的脉冲激光弯曲成形的仿真和模拟,并对硅片多次连续扫描的弯曲模拟与弯曲实验进行对比,误差仅为0．1°,验证了仿真程序的有效性,为硅片的激光弯曲成形提供了理论与实验依据。     

长脉宽脉冲激光硅片弯曲成形试验

利用毫秒脉宽Nd:YAG激光对硅片进行了弯曲试验,给出了长脉宽脉冲激光弯曲硅片的能量阈值条件。研究了长脉宽Nd:YAG激光脉冲频率和脉冲宽度参数对硅片弯曲角度的影响,同时说明了脉冲频率和脉冲宽度参数对弯曲角度的影响可以转换成扫描速度和功率密度对弯曲角度的影响,并对试验结果进行了分析,引入了脉冲占空比来表征能量的时域分布对弯曲现象的影响。试验结果表明,采用毫秒量级脉冲激光可以对硅片进行弯曲加工,弯曲角度可达20°以上。     

C194铜合金薄材脉冲激光弯曲的变形特性研究

为研究C194铜合金薄材脉冲激光弯曲成形机理及其变形特性,基于ABAQUS软件对其成形过程进行了有限元数值模拟,并采用相同参数进行了脉冲激光弯曲成形试验。结果表明:扫描路径上脉冲点的温度表现出强烈的交替振荡现象,工件上下表面温度变化趋势较为一致,下表面的温度值低于上表面各点,上下表面都存在明显的边缘效应;随着脉冲激光光斑的移动,光斑前缘表现出一定的正应变分布,扫掠过的区域呈现负应变分布,稳定后各点的应变均为负值,且中点处应变相对最小;脉冲激光作用后,扫描路径上残余应变量整体增加了一倍多,而残余应力水平变化不大;脉冲激光弯曲成形的变形效果与脉冲次数存在着明显的线性关系,数值模拟所得试样变形效果与试验结果吻合较好。     

单晶硅片在脉冲激光作用下的断裂行为

基于脆性材料在激光辐照下的断裂行为,将可控断裂激光切割技术应用于脆性材料的加工.为了分析脉冲激光辐照脆性材料过程及脉冲激光扫描过程中产生的断裂行为机理,采用数值计算方法建立了含有裂纹的三维有限元热弹计算模型.分析了脉冲激光辐照单晶硅片过程中温度场和热应力场的变化情况,并模拟计算了硅片边缘含有裂纹时裂纹尖端应力强度因子的...     

管材激光弯曲的有限元分析

为了研究管材激光弯曲过程中的温度和应力情况,利用有限元软件ANSYS进行分析计算,采用APDL语言编写命令流,生成单元,模拟移动热源载荷.通过分析计算获取温度场,应力应变场的详细信息.分析结果表明管材激光弯曲成形过程中,管材先经历背向激光的弯曲,之后形成面向激光束的弯曲;最后,在加热位置内外表面会发生朝向外侧的凸起变形.     

采用马赫-曾德尔干涉法测量单晶硅在线应力损伤

开展了毫秒脉冲激光辐照单晶硅的实验研究,基于马赫-曾德尔干涉技术测量了毫秒脉冲激光与单晶硅相互作用过程中的在线应力损伤。用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件建立了毫秒脉冲激光辐照单晶硅的数值仿真模型。从理论和实验两方面探讨了毫秒脉冲激光与单晶硅作用时,相同脉宽不同能量密度下应力场随时间的演变规律。进一步研究了干涉条纹的处理方法,基于传统x轴投影法提出了用45°投影法来计算材料各方向上的应变,并对两种处理方法得到的实验结果进行了对比。结果显示:与仿真结果相比,x轴投影法实验结果的误差为9.5%~29.3%,而45°投影法实验结果的误差为0.1%~22.6%,表明用马赫-曾德尔干涉法测量激光辐照单晶硅产生的在线应力损伤时,采用45°投影法计算材料各方向上的应变结果更为准确。该实验和计算方法为单晶硅在线应力损伤的研究提供了理论和实验上的指导。     

激光打孔过程的数值模拟

为描述Nd：YAG脉冲激光打孔过程中孔的形貌及温度场的变化规律,建立了三维激光打孔的物理模型,利用APDL语言进行编程,对激光作用区域施加高斯激光热流密度载荷,模拟打孔过程中的温度场分布,并利用单元生死技术模拟激光打孔形貌的变化过程。模拟结果：孔的形貌为圆锥形,光斑中心温度瞬间达到5．6×10^3℃,并以光斑为中心逐渐降低,等温线近似圆形.通过与实际打孔结果对比,发现模拟结果与试验结果相吻合。     

厚钢板激光多次扫描弯曲成形的研究

采用数值模拟和实验研究分析了厚钢板激光多次扫描弯曲成形过程中弯曲角度与激光扫描次数之间的关系。建立三维热力耦合有限元模型计算了成形过程的温度场、应力场和弯曲角度的变化,对不同厚度钢板的激光多次扫描弯曲成形过程进行了实验研究,模拟结果与实验结果符合较好。在相同的工艺参数条件下,钢板越厚,弯曲角度越小。钢板弯曲角度随激光扫描次数的增加而增大,但对不同厚度钢板,它们的变化规律不同。钢板下表面的应变强化是多次扫描过程中随扫描次数增加而弯曲角度增量减小的主要原因。     

皮秒激光CVD金刚石膜打孔温度场仿真

建立了皮秒激光在CVD金刚石膜打孔时的瞬态热传导三维物理模型并利用ANSYS对过程进行了仿真,分析了温度场的空间变化规律以及温度场随时间变化趋势,将仿真值和实验结果进行了对比,在此基础上研究了激光能量,脉冲宽度,重复频率等对打孔品质的影响。     

板料的快速激光成形技术及其应用

介绍一种利用激光扫描金属薄板所导致的热应力来实现塑性变形的工艺方法，根据激光扫描时所形成的两类典型温度场，探讨激光成形的机理，在板料的几何参数，热物性，光束能量及分布等方面分析激光成形的技术要点，提出该技术所面临的问题，并展望其应用领域和前景。     

Experimental analysis of sheet metal micro-bending using a nanosecond-pulsed laser

Laser shock bending is a sheet metal micro-forming process using shock waves induced by a nanosecond-pulsed laser. It is developed to accurately bend, shape, precision align, or repair micro-components with bending angles less than 10°. Negative bending angle (away from laser beam) can be achieved with the high-energy pulsed laser, despite the conventional positive laser bending mechanism. In this research, various experimental and numerical studies on aluminum sheets are conducted to investigate the different deformation mechanism, positive or negative. The experiments are conducted with the sheet thickness varying from 0.25 to 1.75 mm and laser pulse energy of 0.2 to 0.5 J. A critical thickness threshold of 0.7-0.88 mm is found that the transition of positive–negative bending mechanism occurs. A statistic regression analysis is developed to determine the bending angle as a function of laser process parameters for positive bending cases.     

A study on the effect of rectangular cut out on laser forming of AISI 304 plates

Laser bending of a rectangular AISI 304 plate with a rectangular cut out is investigated in the present work. In particular, effects of process parameters: laser power, scanning speed, and geometric parameters: dimensions of the cut out of sheet metal on temperature distribution and bending angle are explored with the help of numerical simulation. Analyses are carried out through a coupled thermo-mechanical formulation with finite element method using COMSOL MULTIPHYSICS. The temperature distribution and deformation of sheet metal have been obtained from numerical simulations. The bending angle is affected by process parameters, namely, laser power, scanning speed, and width of the cut out of the sheet metal. Position of the cut out vis-à-vis the scanning path and length of the cut out have very little effect on the bending angle.     

1Cr13不锈钢板激光弯曲数值模拟

在综合分析了材料的热物理性能和力学性能随温度变化影响的基础上,建立了板料激光弯曲成形的三维热力耦合模型.对1Cr13不锈钢钢板的激光单次扫描弯曲过程进行了数值模拟,得到了形变场、温度场以及应力场模拟结果,并对其变形过程和变形机理进行了分析.     

板料激光曲线弯曲成形温度场的数值研究

板料激光弯曲成形是一种利用激光成形构件的柔性成形技术。以矩形板激光单次扫描成形的过程为研究对象，通过对有限元分析软件ANSYS进行二次开发，建立了基于扫描路径的动热源模型，并系统研究了各技术参数下激光弯曲温度场的动态变化。分析发现：（1）曲线扫描准稳态过程的温度峰值要小于同工况下直线扫描情况，且持续时间短暂，温度峰值不断跳跃；（2）相同工艺参数下，随着扫描路径曲率的增大，温度峰值及加热区温度梯度均减小，当扫描路径曲率继续增大时，温度峰值及加热区温度梯度却随之增大；（3）提高激光功率，降低扫描速度以及在恒定线能量密度下增大扫描速度，均使板料温度梯度增大，而增大光斑直径，温度梯度减小。     

Effects of Operating Parameters on the Static Properties ofPulsed Laser Welded Zinc-Coated Steel.

The paper presents an analysis of the influences of the dominant parameters of the pulsed Nd:YAG laser seam welding process on the static behaviour of the welds. These parameters include average peak power density (APPD), mean laser power, traverse speeds, pulse duration, and pulse shapes. Three typical temporal pulse types – ramp-up, ramp-down, and "rectangu-lar" power pulses were used in this study. Laser seam welds were produced in 0.7 mm thick electrogalvanised steel sheets. A number of destructive tests of pulsed Nd:YAG laser welded zinc-coated steel sheet have been carried out to characterise the static properties of welds including hardness, bending strength, and ductility. An experimental study of acceptable welds revealed that the hardness was affected only by the traverse speed. The bend strength was increased with decreas-ing travel speed and increasing pulsed laser parameters. It was found that the operating parameters have no effect on the tensile strengths of the welds.     

工艺参数对管材激光弯曲成形影响规律的研究

管材激光弯曲成形是一种柔性金属塑性成形方法。将连续的激光光斑简化为一间歇跳跃的方形匀强面热源,并考虑材料性能参数与温度的相关性,建立了管材激光弯曲成形的热-机耦合有限元工艺仿真模型,对成形过程进行了数值模拟。有限元模拟结果表明:在其他条件不变的情况下,激光弯曲角度随激光功率的增大而增大,两者基本上成线性关系;弯曲角度随扫描速度的升高而减小,随光斑直径的减小而增大,但当光斑直径减小到一定程度后,弯曲角度开始减小;弯曲角度随扫描包角的增大而增大,当扫描包角为180°时,弯曲角度达到最大,弯曲角度随扫描包角的继续增大而减小;扫描次数与弯曲角度间成近似的线性关系,且第一次扫描管材产生的弯曲角度最大。