毕业设计（论文）-激光打孔加工区域温度模拟研究

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1、安徽建筑工业学院毕业设计（论文）安徽建筑工业学院毕业设计（论文）系别：机械与电气工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：姓名：学号：课题：高合金激光打孔加工温度场的数值模拟研究指导教师：年月日58安徽建筑工业学院毕业设计（论文）摘要本文结合激光和物质相互作用的机理，系统的论证激光加工的基本原理，着重介绍激光与金属的相互作用，并且分析各种效应（如等离子体效应、小孔效应等）在激光打孔中所起的作用。利用有限元法和有限差分法对激光打孔过程中温度场进行数值计算，通过有限元分析软件ADINA对激光打孔过程的温度场进行仿真，得到了小孔的孔

2、深、孔径的时间特性以及随激光能量的变化曲线，为激光打孔加工参数的选取提供了依据，便于工程应用。通过采用了新型脉冲波形的激光打孔实验得到了影响打孔质量的主要参数对孔直径的影响规律，并提出了最佳打孔方案。关键词：激光打孔温度场有限元模型数值模拟58安徽建筑工业学院毕业设计（论文）ABSTRACTCombinedthemechanismthatlaserinteractswithmatter,thispaperdemonstratesthebasicprincipleoflaserprocessing,andfocusesonthe

3、interactionbetweenlaserandmatter,andanalyzesthefunctionthatafeweffects（plasmaseffect,micro-holeseffectandetc.）haveinthelaserprocessing.Thetemperaturefieldproducedintheprocessoflaserdrillingwasanalyzednumericallybythefiniteelementmethodandfinitedifferencemethod,andth

4、etemperaturefieldissimulatedbyfiniteelementanalysissoftware-ADINA.Throughtheexperimentwhichadoptednewtypelaserpulse,theparameterwhichinfluencesthequalityofthemicro-holeisobtained,andputforwardthebestpropositionofthedrilling.Keywords:laserdrillingTemperaturefieldFini

5、teelementmodelNumericalsimulation58安徽建筑工业学院毕业设计（论文）目录第一章绪论11.1激光打孔加工技术国内外研究现状11.2本课题研究的目的、意义及工作2第二章有限元法的简介及ADINA软件相关知识42.1有限元法的简介42.2ADINA有限元分析软件相关知识42.2.1ADINA有限元分析软件的简介42.2.2ADINA系统的组成52.2.3ADINA有限元分析的步骤7第三章激光打孔加工的相关知识83.1激光打孔的原理及其物理过程83.2激光与材料作用的能量传递与转换113.3物质对激光

6、的反射和吸收123.4金属材料与激光束的热作用及其状态的变化133.5激光与等离子体的相互作用与小孔效应15第四章激光微孔加工过程的数值模拟174.1物理模型的建立174.2数学模型的建立174.3材料及物理性能参数184.4模拟过程18第五章激光打孔实验及分析255.1304不锈钢激光打孔实验设备255.2实验图片255.3打孔中重铸层的研究265.4材料特性参数度激光打孔的影响265.5焦点位置和工件厚度对孔形的影响27结论28致谢29参考文献3058安徽建筑工业学院毕业设计（论文）附录一科技文献翻译32附录二毕业设计任务

7、书48附录三开题报告51附录四审批表5858安徽建筑工业学院毕业设计（论文）第一章绪论与其它学科一样，激光打孔加工技术的传统研究方法有实验研究和解析分析两种，并且随着计算机科学的发展出现了新的研究手段—计算机数值模拟仿真。激光与物质的热效应是激光束入射与物质后发生的主要物理现象之一。激光加热使材料升温，发生热扩散、热膨胀和热应力。如果激光能量在金属等材料中的沉淀足够强，材料表面层局部区域会发生熔融和气化，这样就可以利用激光来打孔及其它许多应用。研究激光对物质的热效应是激光打孔的物理基础。对于激光打孔加工问题，可建立起激光作用固

8、体材料的热模型，并在一定的假设和边界条件下求出热传导方程的解析解。研究激光打孔加工过程，主要有三种方法，即实验方法，理论模型分析方法和数值计算方法。实验方法比较精确，但实验成本一般较高，实验条件比较苛刻。理论模型分析方法一般都是在一定的限制条件下提出的，许多假设与实际情况相差