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，按熱彈性平面應(yīng)力理論分析熱應(yīng)力場，根據(jù)斷裂準則并采用節(jié)點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關(guān)鍵參數(shù)對切割的影響，并給出了可完成連續(xù)切割的參數(shù)范圍。對于非對稱直線及

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。該方法在裂紋擴展分析時，強制其按預(yù)定路徑擴展，通過每個擴展步按最大周向應(yīng)力準則(MTS)預(yù)測的擴展方向與強制的擴展方向的角度差，來估計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，使得每個擴展步裂紋擴展的預(yù)測方向與強制的方向一致，以達到精確切割得目的。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