中科院力學所在激光成形研究中取得進展

中科院力學所在激光成形研究中取得進展

中國科學院力學研究所先進制造工藝力學重點實驗室基于激光作用于有限大薄板這一物理模型，獲得了激光彎曲成形和激光輔助預應力成形加工過程中溫度分布的解析解，可用于快速計算一定工藝參數(shù)條件（功率密度、光斑半徑、移動速度）下激光作用下的溫度分布。

對于激光作用于金屬薄板的溫度場模型，目前主要的研究方法包括解析方法、數(shù)值方法，以及人工智能方法。其中，數(shù)值方法和人工智能方法可以較準確地模擬復雜工況，但通常耗時較長。人工智能方法還需要建立大量的訓練樣本。而解析方法可以在一定程度上快速預測溫度場。

研究人員考慮了對流換熱邊界條件，通過直接求解有限大邊界的三維熱傳導方程，以獲得溫度場隨時間的函數(shù)。首先，通過分離變量法求解該模型所對應的本征值問題，得到一組完備的基函數(shù)（本征函數(shù)）；然后，將方程的非齊次項和溫度函數(shù)在該基函數(shù)上展開為級數(shù)形式，系數(shù)待定；最后，將該級數(shù)代入原方程，通過積分變換求得各項系數(shù)，從而得到溫度場的解析解。在實際求解過程中，由于指數(shù)項的存在，該級數(shù)收斂較快，計算量較小。另外，求解過程中還可通過采用低差異序列的準蒙特卡洛方法處理任意激光掃描路徑下的溫度分布。因此，對于任意給定激光掃描路徑，均可通過該方程快速求得任意點在任意時刻的溫度。

研究人員還通過實驗和有限元計算，以鋁合金AA6061T6板件為對象，YAG連續(xù)波激光系統(tǒng)為光源，通過記錄激光掃描過程中幾個測試點的溫度歷程，驗證了該解析解的正確性。

(中科院)