脆性材料激光熱應(yīng)力切割的仿真與路徑控制研究.pdf

1、為了使脆性材料板的激光熱應(yīng)力切割得以完成并提高切割質(zhì)量，提出了切割過程的仿真及裂紋走向控制的迭代法。利用有限元法分析脆性材料板在激光掃描過程中的瞬態(tài)熱傳導(dǎo)，求得瞬態(tài)溫度場(chǎng)，按熱彈性平面應(yīng)力理論分析熱應(yīng)力場(chǎng)，根據(jù)斷裂準(zhǔn)則并采用節(jié)點(diǎn)松弛法模擬板材的開裂。通過該方法首先仿真分析了板材的對(duì)稱切割過程，根據(jù)所導(dǎo)致的溫度最高值和板材的開裂情況，研究了激光功率和激光掃描速度這兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)切割的影響，并給出了可完成連續(xù)切割的參數(shù)范圍。對(duì)于非對(duì)稱直線及

2、曲線切割的情況，因其屬于復(fù)型斷裂問題，激光掃描路徑與裂紋擴(kuò)展路徑將不一致，為此，建立了激光掃描路徑的優(yōu)化迭代方法。該方法在裂紋擴(kuò)展分析時(shí)，強(qiáng)制其按預(yù)定路徑擴(kuò)展，通過每個(gè)擴(kuò)展步按最大周向應(yīng)力準(zhǔn)則(MTS)預(yù)測(cè)的擴(kuò)展方向與強(qiáng)制的擴(kuò)展方向的角度差，來(lái)估計(jì)兩者之間的路徑的偏差，從而給出修正激光掃描路徑的迭代公式。通過迭代，使得每個(gè)擴(kuò)展步裂紋擴(kuò)展的預(yù)測(cè)方向與強(qiáng)制的方向一致，以達(dá)到精確切割得目的。文中給出有關(guān)的算例，結(jié)果表明，通過本文仿真分析方法和