激光焊温场研究进展和展望

介绍激光温度场现有的数学计算模型以及计算方法，并从激光热源模型、材料热物性参数、熔体流动以及温度场测量等方面叙述了激光焊温度场的研究进展，指出了未来应重点研究的几个方向。     

激光熔覆三维温度场数值模型的建立与计算

在综合考虑了激光熔覆热流施加、材料传热两方面自身特点的基础上,建立了合理的激光熔覆数值模型。利用有限元法,通过计算模拟,表明所得激光熔覆温度场模拟结果与实际测量情况吻合良好,从而证明了本文数值模型的正确性,为今后各种参数下激光熔覆的温度场模拟提供了理论基础。     

脉冲光纤激光诱导氧化硬质合金的温度场分布

利用ABAQUS建立了三维瞬态传热模型,计算了激光诱导下的温度场分布情况,并研究了激光参数对温度场的影响。仿真结果表明,工件最高温度随着单脉冲能量的增大以及扫描速度和光斑直径的减小而增大,热影响区的最大深度和宽度随着单脉冲能量的增大以及扫描速度和光斑直径的减小而增大。研究结果为优选激光诱导氧化硬质合金材料时的激光参数提供了重要依据。     

基于ANSYS的激光熔覆的数值模拟

利用ANSYS对激光熔覆过程进行了数值模拟,考虑了热源模型、相变潜热、表面效应单元等.分析了整个激光加工过程中温度场的变化过程,以及激光各个参数对材料最高温度与最大冷却速率的影响,并且分析了熔覆层宽度与激光各个参数之间的关系.     

基于ANSYS的激光熔覆的数值模拟

利用ANSYS对激光熔覆过程进行了数值模拟,考虑了热源模型、相变潜热、表面效应单元等。分析了整个激光加工过程中温度场的变化过程,以及激光各个参数对材料最高温度与最大冷却速率的影响,并且分析了熔覆层宽度与激光各个参数之间的关系。     

机抖激光陀螺温度场的有限元模拟与实验

为了研究机抖激光陀螺内在热源对陀螺性能的影响,利用有限元分析软件ANSYS建立了机抖激光陀螺的温度场模型,对有限元模型进行了温度场仿真分析。描述了有限元模型的简化方法,介绍了材料热参数的处理及热生成率和换热系数的计算方法,最后给出了机抖激光陀螺的稳态温度场1h和3h的瞬态温度场分布,指出了机抖激光陀螺的最高、最低温度分布区域及温度梯度分布情况。设计了高精度的铂电阻测温电路,其测温精度为0.005℃,仿真与实验对比结果表明,计算误差优于2%,验证了模型的正确性和合理性。本文的研究方法可为陀螺盒体内部测温点的选取提供指导意见,有助于提高机抖激光陀螺的温度补偿效果。     

激光反应熔覆碳化物陶瓷涂层温度场的有限元模拟

利用ANSYS软件建立预置式粉层激光反应熔覆的数值模拟模型,考虑了相变潜热、辐射对流散热、表面效应单元等因素的影响;在不同的工艺参数下,用该模型对激光反应熔覆碳化物陶瓷涂层温度场进行了计算,分析了整个激光加工过程中温度场的变化情况。结果表明:激光功率和扫描速度对基体熔化厚度以及熔覆层宽度的影响都比较显著;激光功率是造成熔覆层较大温度梯度的主要因素;有限元模拟得到的最佳工艺参数得到了试验验证。     

脉冲激光烧蚀树脂CBN砂轮的数值模拟研究

针对声光调QYAG脉冲激光修整树脂CBN砂轮，建立了单脉冲激光烧蚀过程的数学模型。应用有限元方法模拟出各种激光功率密度条件下的温度场和凹坑形貌，获得单脉冲烧蚀凹坑深度与激光功率密度的关系曲线，并与试验结果进行比较，表明所建立的模型可以正确描述实际物理过程。     

激光熔覆三维温度场数值模型的建立与计算

在综合考虑了激光熔覆热流施加,材料传热两方面自身特点的基础上,建立了合理的激光熔覆数值模型,利用有限元法,通过计算模拟,表明所得激光熔覆温度场模拟结果与实际测量情况吻合良好,从而证明了本文数值模型的正确性,为今后各种参数下激光熔覆的温度场模拟提供了理论基础。     

激光深熔焊熔池形成过程的数值模拟

建立了用于激光深熔焊数值模拟的新型移动热源模型——圆锥体热源模型,用圆锥体热源模型模拟激光深熔焊时熔池的形成过程。结果显示圆锥体热源模型能够很好地描述能量在试件厚度和试件表面上的传导情况,准确地模拟了熔池的形成过程,得到了与实际焊接很相符的温度场分布。     

考虑摩擦副接触应力场和冷却流场的湿式离合器温度场分析

温度对湿式离合器摩擦副的摩擦特性和热失效具有重要影响。为了获取湿式离合器温度场的分布规律,建立摩擦副接触应力分布有限元模型和摩擦片沟槽内冷却流场数值计算模型,获得了摩擦副接触应力随离合器接合油压的变化规律和冷却流场对流换热随离合器转速的变化规律。在此基础上,提出考虑离合器摩擦副接触应力分布时变特性和冷却流场分布时变特性的离合器温度场数值计算模型。将所建温度场模型的仿真结果与试验结果作对比,验证了所建温度场模型的正确性。通过计算获得了湿式离合器接合过程中不同钢片在半径和厚度方向的温度分布规律,揭示了摩擦副接触应力场和摩擦片沟槽内冷却流场对离合器温度场的影响规律。结果表明,在离合器摩擦副半径方向上,摩擦副的温度分布规律与接触应力分布规律相一致。而摩擦片沟槽内冷却流场的对流换热主要影响离合器同步阶段的温度分布。     

神经外科颅骨磨削温度场预测新模型

基于恒定热流密度的温度场理论计算值与实际温度值的误差较大,是当前磨削温度场理论研究的瓶颈。建立了不同冷却条件下的对流换热系数及材料内部的热传导模型,通过实时采集动态磨削力,利用高次高斯函数拟合建立了动态热流密度模型,并以此为基础建立了神经外科骨磨削温度场预测新模型。在干式磨削、喷雾式及纳米粒子射流喷雾式冷却条件下对骨磨削温度场进行了数值分析,并采用与人体颅骨力学性能最相近的新鲜牛股骨密质骨,采用羟基磷灰石纳米粒子及生理盐水进行了试验验证。结果表明,与试验测得温度值相比,采用基于恒定热流密度的温度场模型计算的温度值误差为18.8%,而采用新模型计算的温度值误差为6.6%,理论分析与试验结果吻合,即骨磨削温度场预测新模型更符合实际工况。     

冷作磨具钢Cr12MoV磨削温度场解析模型的建立

磨削温度的研究一直是磨削领域的重点课题,磨削热可能导致零件表面出现热损伤。针对冷作磨具钢Cr12MoV磨削接触区的温度场进行了理论分析,利用热源法建立了磨削温度场的数学模型,并对此温度场的计算机仿真模型进行分析。     

Experiment, modeling, and analysis for temperature field of milling insert

This paper presents a theoretical and experimental study of the dynamic temperature field on a milling insert with complex groove. Experimental measurements of milling temperature using the thermocouple technique were performed. A mathematical model of the temperature field of the insert was established. A finite element model of the insert was built to simulate the temperature field. The boundary condition was determined by the experimental data and mathematical calculation, and then the temperature field of the milling insert was simulated through finite element analysis. The temperature distribution in a cut-in/cut-out cycle was obtained.     

激光熔覆过程中的粉、气、光耦合温度场

激光熔覆过程中,粉末到达基体表面前存在粉、气、光的耦合温度场.建立了送粉过程中粉、气、光耦合温度场的三维数值模型.耦合温度场的研究结果表明:激光功率是影响耦合温度的主要因素,载粉气是影响耦合温度场的主要因素;温度场的红外测温仪实测结果与仿真结果基本相符.     

冷作磨具钢Cr12MoV磨削温度场的仿真

针对冷作磨具钢Cr12MoV进行了磨削温度场的研究,并依据建立的有限元仿真模型,对扩径头外扇形块模型进行了磨削温度场的仿真,实现了扇形块磨削温度场的预测,为研究磨削参数对磨削温度的影响提供了理论依据。     

基于人工神经网络的三维复杂槽型铣刀片温度场预测

温度场预测是实现铣刀片槽型设计与重构的关键技术,神经网络预测模型是实现温度场预测的新途径。针对铣刀片温度场的非稳态特性,提出了一种基于BP神经网络Levenberg—Marquardt算法的三雏复杂槽型铣刀片温度场预测模型,避免了传统神经网络易陷入局部极小的缺点。预测结果表明,该模型收敛速度快,预测精度高。     

基于FLUENT双拉成膜设备热载荷温度场分布数值模拟分析与结构优化

BOPET薄膜同步双向拉伸过程中,提出薄膜双向拉伸温度分段控制思想并完成了加热系统结构设计。对加热结构进行模型简化和离散化处理,建立了双拉成膜设备腔室内热空气流动与温度场数学模型,运用流体分析软件（FLUENT）模拟腔室内热空气温度场和速度场。在特定边界条件下对复合场进行分析,以分析结果为理论依据对加热结构进行优化设计,获得温度分布均匀的薄膜双向拉伸温度场。     

基于正面焊接多信息融合的GMAW熔透控制

对气体熔化极弧焊(Gas metal arc welding, GMAW)过程中采集的正面熔池图像和温度信息通过多传感器定量信息融合技术,实现熔池图像的有效性判别。将熔滴热焓对温度场的影响考虑在内,对半椭球热源温度场进行修正,得到新型的三维温度场解析模型。借助信息融合后有效的熔池图像可获得无数个熔点温度的位置信息,通过阻尼最小二乘法求解新型温度场模型超定方程、辨识模型中椭球热源系数及熔滴热焓4个时变参数,从而得到实时修正的三维温度场动态解析模型。借助该模型通过PID控制实现了利用正面传感信息对GMAW焊接过程中背面熔宽的闭环控制,取得了满意效果。     

高速高精度电主轴温升预测模型

提出高速高精度电主轴温升预测模型,将有限元模型与试验数据相结合,精确预测不同工况下电主轴的温度场。建立电主轴流场、温度场有限元模型,分析冷却系统及润滑系统参数对电主轴温度场的影响;考虑电主轴运行速度、载荷,设计电主轴损耗测试方法,将测得的电主轴总损耗作为计算电动机、轴承生热依据;考虑冷却系统、润滑系统参数及环境条件对换热系数的影响,采用最小二乘算法,基于电主轴表面温度测试数据,优化电主轴换热系数,并将优化后的换热系数作为有限元模型的边界条件。建立170SD30-SY电主轴温升预测模型,将换热系数优化前后的温度场仿真数据分别与试验数据对比。结果表明,换热系数优化后的温升预测模型预测的精度提高了4.78%,提出的电主轴温升预测模型有较高的预测精度。