脉冲激光辐照金属板温度场应力场数值分析

卢长亮; 胡芳友; 黄旭仁; 易德先; 胡滨; 崔爱永

doi:10.3969/j.issn.1001-3806.2012.06.011

高级检索

ISSN 1001-3806CN 51-1125/TN 网站地图

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

脉冲激光辐照金属板温度场应力场数值分析

卢长亮 , 胡芳友 , 黄旭仁 , 易德先 , 胡滨 , 崔爱永

文章导航 > 激光技术 > 2012 > 36(6): 754-758

引用本文:

Citation:

脉冲激光辐照金属板温度场应力场数值分析

1.
海军航空工程学院青岛分院, 青岛266041

作者简介: 卢长亮(1982- ),男,博士研究生,主要从事激光加工技术在航空飞行器维修领域的应用研究。.

通讯作者: 胡芳友, fangyouhu@hotmail.com ;

中图分类号: TG156.99

Numerical simulation of temperature and stress field of metal plates irradiated by pulsed laser

1.
Qingdo Branch of Naval Aeronautical Engineering College, Qingdao 266041, China

Corresponding author: HU Fang-you, fangyouhu@hotmail.com ;

CLC number: TG156.99

摘要: 为了研究脉冲激光加热金属板的温度场和应力场的特点,基于弹塑性力学理论,采用有限元分析方法,对脉冲激光扫描过程中金属板的温度场和应力场进行了3维数值模拟,得到了温度场与应力场在时间和空间上的分布和变化规律。结果表明,在脉冲激光扫描加热作用下,金属表面发生多次熔化和凝固,温度时间曲线呈锯齿形;重熔区域应力场变化剧烈,随间歇的激光脉冲发生强烈的拉-压应力波动;金属基体冷却后在重熔区域留有高值残余拉应力,纵向应力达799MPa,横向应力达700MPa。
- 激光技术 /
- 温度场 /
- 应力场 /
- 有限元 /
- 脉冲激光
Abstract: In order to study the thermal and stress field of metal plates irradiated moving pulsed laser beam,3-D simulation models for thermal and stress field were built by means of finite element analysis method based on the thermal elasto-plastic constitutive theory.The distribution and evolvement of temperature and stress with the space and time was obtained.The numerical results show that the surface of the metal is melt within the laser pulse existing time,solidified in the interval of the discontinuous pulses.The temperature variation curves are serrate with different peaks.The stress field varies tempestuously with the tensile stress and compressive stresses transformed reciprocally.After the remelting and cooling down,residual tensile stress retains in the remelting zone with the longitudinal tensile stress reaches 799MPa and the transverse stress reaches 700MPa.
- laser technique /
- temperature field /
- stress field /
- finite element /
- pulsed laser

[1]	SEXTON L.Laser cladding:repairing and manufacturing metal parts and tools[J].Proceedings of SPIE,2003,4876:462-469.
[2]	SEXTON L,LAVIN S,BYRNE G,et al.Laser cladding of aerospace materials[J].Journal of Materials Processing Technology,2002, 122(1):63-68.
[3]	KHAN O U,YILBAS B S.Laser heating of sheet metal and thermal stress development[J].Journal of Materials Processing Technology, 2004,155/156:2045-2050.
[4]	JENDRZEJEWSKI R,SLIWINSKI G,KRAWCZUK M,et al.Temperature and stress fields induced during laser cladding[J].computers and Structures,2004,82(7/8):653-658.
[5]	CHEN Y,LU J,NI X W,et al.Plastic penetration during laser heating of a metal plate[J].Journal of Materials Processing Technology, 2008,205(1/3):9-15.
[6]	ZAIN-UL-ABDEIN M,NELIASA D,JEAN-FRANCOIS J,et al. Prediction of laser beam welding-induced distortions and residual stresses by numerical simulation for aeronautic application[J].Journal of Materials Processing Technology,2009,209(6):2907-2917.
[7]	KONG F,KOVACEVIC R.3-D finite element modeling of the thermally induced residual stress in the hybrid laser/arc welding of lap joint[J].Journal of Materials Processing Technology,2010,210(6/7):941-950.
[8]	WEI Y H,DONG Z B,LIU R P,et al.Three-dimensional numerical simulation of weld solidification cracking[J].Modelling and Simulation in Materials Science Engineering,2005,13(3):437-454.

[1]	曹豆豆 , 王开圣 , 杨雁南 . 环状激光作用于薄管产生温度场的有限元模拟. 激光技术, 2010, 34(6): 753-756. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2010.06.010
[2]	焦俊科 , 王新兵 , 卢宏 . 石英玻璃在激光作用下的温度与应力场分析. 激光技术, 2007, 31(4): 427-430.
[3]	张同俊 , 李臻熙 , 李克平 , 李星国 . 激光烧结Al2O3/Ti系FGM的温度场与热应力场. 激光技术, 1999, 23(1): 57-61.
[4]	雷震 , 张立文 , 张晓玲 , 孟庆端 . 高斯激光辐照焦平面探测器温度场分析与仿真. 激光技术, 2016, 40(4): 516-520. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.04.013
[5]	王纪俊 , 沈中华 , 倪晓武 , 许伯强 , 关建飞 , 陆建 . 透明薄膜/基底系统激光超声波的有限元数值研究. 激光技术, 2006, 30(2): 177-180.
[6]	管一弘 , 樊刚 , 陈铁力 , 王洪纲 . 激光淬火热致残余应力的数值分析. 激光技术, 1998, 22(5): 313-317.
[7]	王霄 , 陈怡星 , 刘会霞 , 刘长京 , 丁国民 . 激光微造型中烧蚀热场及弹坑的数值模拟. 激光技术, 2007, 31(6): 565-567,580.
[8]	冯爱新 , 程昌 , 殷苏民 , 周建忠 , 唐翠屏 . 激光划痕法膜基界面的温度场及应力场分析. 激光技术, 2008, 32(5): 527-530.
[9]	陈春明 , 战宇 , 刘常升 , 方奔 . 激光超声测量T800/QY9511复合材料工程常数的有限元模拟. 激光技术, 2019, 43(1): 88-92. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.01.018
[10]	李明海 , 柳爱国 , 宋耀祖 . 激光放大介质温度场和热应力场的数值模拟. 激光技术, 2002, 26(2): 86-89.
[11]	张帆 , 牛燕雄 , 刘宁 , 梁振江 , 刘帅 . 激光辐照CCD温度场与热应力场的研究. 激光技术, 2017, 41(3): 433-437. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.03.025
[12]	郑业亮 , 胡以华 , 赵楠翔 , 任晓东 . 脉宽及重频对HgCdTe探测器损伤阈值影响分析. 激光技术, 2018, 42(2): 265-270. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2018.02.024
[13]	胡增荣 , 周建忠 , 郭华锋 , 杜建钧 . 应用ABAQUS模拟激光焊接温度场. 激光技术, 2007, 31(3): 326-329.
[14]	裴旭 , 吴建华 . 金属材料脉冲激光辐照瞬态温度场数值模拟研究. 激光技术, 2012, 36(6): 828-831. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2012.06.029
[15]	张建宇 , 高立新 , 崔玲丽 , 吴迪平 , 杨久霞 , 王会刚 . 激光强化温度场的理论解析与实验论证. 激光技术, 2006, 30(1): 56-59.
[16]	李贝贝 , 李小将 . 激光输能光电池温度场数值模拟. 激光技术, 2017, 41(4): 537-544. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.04.016
[17]	孙浩 , 徐建明 , 张宏超 , 杨欢 , 陆健 . 连续激光辐照三结GaAs太阳电池温度场仿真. 激光技术, 2018, 42(2): 239-244. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2018.02.019
[18]	王文斌 , 郭子如 , 张阳 , 陈世雄 . 激光辐照下金属/炸药结构温度场的数值模拟. 激光技术, 2014, 38(5): 684-687. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.05.023
[19]	陈永庆 , 张陈涛 , 张建寰 . 激光化学气相沉积石墨烯的基底温度场仿真. 激光技术, 2015, 39(5): 648-653. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.05.013
[20]	王亚晨 , 孙文磊 , 黄勇 , 王鑫龙 , 黄海博 . 基于温度场评估的激光熔覆顺序决策方法研究. 激光技术, 2018, 42(5): 605-610. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2018.05.005

点击查看大图

计量

文章访问数: 3411
HTML全文浏览量: 549
PDF下载量: 541
被引次数: 0

脉冲激光辐照金属板温度场应力场数值分析

通讯作者: 胡芳友, fangyouhu@hotmail.com;

作者简介: 卢长亮(1982- ),男,博士研究生,主要从事激光加工技术在航空飞行器维修领域的应用研究。

1. 海军航空工程学院青岛分院, 青岛266041

收稿日期: 2012-02-21
录用日期: 2012-05-02
网络出版日期: 2012-11-25

关键词:

摘要: 为了研究脉冲激光加热金属板的温度场和应力场的特点,基于弹塑性力学理论,采用有限元分析方法,对脉冲激光扫描过程中金属板的温度场和应力场进行了3维数值模拟,得到了温度场与应力场在时间和空间上的分布和变化规律。结果表明,在脉冲激光扫描加热作用下,金属表面发生多次熔化和凝固,温度时间曲线呈锯齿形;重熔区域应力场变化剧烈,随间歇的激光脉冲发生强烈的拉-压应力波动;金属基体冷却后在重熔区域留有高值残余拉应力,纵向应力达799MPa,横向应力达700MPa。