激光切割加工温度场变化的模拟

2013-12-28 浏览次数:1548
 在能量消耗方而,高温的熔渣被氧气气流吹除将带走许多热量,但这些热量仍是Qheat,和Qmelt,直接转化来的,因此输出能量还是由Qheat,Qmelt和Qcond三部分组成。在*三阶段中,钢板己经被烧穿出小孔,而小孔对激光的吸收率非常高,计算中的平均吸收率可取为0.9左右。在*三阶段,切割头与钢板作相对运动,燃烧反应发生在整个板厚高度上,产生的反应热热源也作等速运动,形成了准稳定温度场。该温度场跟随热源一起移动,像火车的车厢由车头带动行进一样。图是切割加工进行中准稳定温度场的分布图,可以看到它与*二阶段的热传导温度场形式相似,但下部线热源的特点更加显着。而且此时热源为连续移动热源,温度场也随之移动。

        激光切割加工温度场变化的模拟根据激光切割加工的过程分析以及建立的能量平衡表达式和温度场表达式,利用虚拟现实建模语言对加工过程中反应区的温度变化进行动态模拟。具体模拟方法是:先根据温度场表达式计算出激光切割过程中温度变化的的等温线,再根据各等温线和热源的距离建立由内向外的一层层等温实体的三维几何模型。模拟时,输入加工工艺参数,由时间触发器产生的时刻值计算各等温实体的温度,再根据色温度得到各种温度的颜色值,用VRMI二程序将温度随时间的变化表现出来。动态模拟的效果如图所示。

        可以看到:模拟的加工过程包括钢板在激光照射下温度逐渐升高,在达到燃点温度后,发生燃烧反应;燃烧不断向钢板下层扩展,穿透钢板后,熔渣被吹除。其间温度场的形式开始时为点热源的近似半球形,然后逐渐变为上部点热源,下部线热源的温度场形式,与前而所做的分析基本一致。总结与讨论:通过分析激光切割过程中加工能量的变化,将其分为相互联系的三个阶段,根据各阶段的能量输入输出关系,得出能量平衡表达式;然后结合实验数据的分析,确定相应的温度场热源形式,建立热传导温度场的表达式模型。对切割过程进行阶段划分,可以针对各阶段的不同情况建立表达式,减少了由于加工过程的不断变化而引起的模型与实际间的差距。将实验数据与理论分析相结合,既避免了繁杂的理论推导,又使得模型更加接近实际过程

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