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《激光作用金属板材的温度场和热应力场》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第35卷增刊Ⅰ华中科技大学学报(自然科学版)Vol.35Sup.Ⅰ2007年3月J.HuazhongUniv.ofSci.&Tech.(NatureScienceEdition)Mar.2007激光作用金属板材的温度场和热应力场陈彦北陆建倪晓武(南京理工大学应用物理系,江苏南京210094)摘要:基于VonMises屈服准则和弹塑性本构关系,建立了连续激光辐照金属基体材料的空间轴对称有限元模型.该模型考虑了金属材料在激光作用过程中的热学及力学性质的非线性,计算了光强为高斯分布的激光光束加热钢
2、板时的温度场和热应力场,得到了温度场和热应力场的分布及其随时间的变化规律.通过对结果的分析,认为在激光作用前期热膨胀会造成热应力上升,而后期材料的热软化会导致塑性区域应力水平下降和其他区域应力水平增加缓慢甚至下降.有限元计算结果与已知实验结果的对比表明了有限元法的有效性.关键词:激光;热应力场;温度场中图分类号:O434.14;O344文献标识码:A文章编号:16714512(2007)S1012904Temperatureandthermalstressfieldsduringthelaserirra
3、diatingametalplateChenYanbeiLuJianNiXiaowu(DepartmentofAppliedPhysics,NanjingUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210094,China)Abstract:BasedonVonMisesyieldcriterionandelastoplasticconstitutiveequations,anaxisymmetricfiniteelementmodelofaGaussianlaserbeami
4、rradiatingametalsubstratewasestablished.Takingnonlinearthermalandmechanicalpropertiesintoaccount,temperatureandstressfieldsgeneratedbythelaserbeaminasteelplatewerecomputedbythemodel.Anddistributionsandhistoriesoftemperatureandstressfieldswereobtained.Bytheanalys
5、isoftheresults,itisfoundthatthermalexpansionleadstotheincreaseofstresslevelearlyduringthelaserirradiating,andthermalsofteningcausesthedecreaseofstresslevelsintheplasticzoneandtheslowgrowthandeventhedecreaseofstresslevelsinotherzonelater.Comparisonofthenumericalre
6、sultswiththereportedexperimentsresultsshowstheavailabilityofthefiniteelementmethod.Keywords:laser;thermalstressfield;temperaturefield当激光光束作用基体材料时,随着激光参数在激光加热金属基体材料过程中,热膨胀造(能量、波长及脉宽等)、材料特征和环境条件的不成的应力增加和高温造成的热软化是同时存在同,材料表面将会发生不同的物理现象,在中低激的,两者如何影响金属基体材料内的应力分布,本光功率
7、密度作用下,材料表面发生的物理现象为文将通过有限元法对这一过程进行研究.22加热(1~10kW/cm)和熔融(10~100kW/cm)[1]等.在材料进行加热过程中,伴随着温度的迅速1理论模型与有限元求解上升,引起材料的热膨胀,同时产生较大的温度梯度.由于材料是连续介质,其各部分相互制约而不在温升率不太大的情况下,根据解耦理论,由[2~8]能自由膨胀,从而产生热应力.于绝热应变引起的温升很小,一般可以忽略,因此收稿日期:20061212.作者简介:陈彦北(1980),男,博士研究生;南京,南京理工大学应用物理系(
8、210094).Email:xiangbeiyan@163.com基金项目:国家自然科学基金资助项目(60578015).130华中科技大学学报(自然科学版)第35卷可以将变形对温度的影响忽略,单独由热传导初相似,但将温度载荷增量转化为节点力载荷增量值、边值问题求得温度场,然后将温度场换算为
