元胞自动机方法在激光加工中的模拟计算应用研究
发布时间：2021-07-16 19:42
本文将元胞自动机方法引入激光加工领域,对激光切割金属厚板和激光立体成形进行研究,包括工艺机理、模拟计算以及几何轮廓尺寸预测等。激光切割数值模拟研究中,实现熔融液体流动、热传导等不同效应,探究厚板切割机理和切缝轮廓变化规律。激光立体成形模拟研究中,实现液体表面张力等作用和效应,探究成形机理和成形轮廓变化规律。主要研究内容如下:1、分别建立激光切割元胞自动机模型和激光立体成形元胞自动机模型。模型充分考虑激光加工过程中传导、对流、辐射和相变潜热等热量传递与损失,以及材料对激光束吸收效率、光斑形状尺寸、激光能量衰减、辅助气体影响和熔融液体流动等各种复杂因素。基于模型,编写C++程序,实现对直线激光切割和同轴送粉式激光立体成形的数值模拟计算。2、开展激光切割实验。首先进行薄板切割,在不同工艺条件下切割3mm低碳钢薄板。然后对3mm、5mm、10mm、16mm和20mm五种不同厚度的低碳钢板进行切割。测量切缝宽度与轮廓锥度,探究金属厚板切缝形貌轮廓变化规律。3、开展激光立体成形实验。首先在不同激光功率和送粉速率条件下,进行镍基合金粉末单道直线成形实验。然后进行HLSA-100粉末多道和多层成形实验...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光切割示意图
图 1-2 激光立体成形示意图如图 1-2 所示，同轴送粉式激光立体成形与激光切割加工一样，也是采用聚束照射基底表面，同时通过载粉气体同轴送粉的方式，将载粉气体输送到金。基体和金属粉末被激光辐照后，温度迅速升高发生固体液化相变，形成熔开后，熔池迅速冷却固化，形成粉末沉积成形层。随着激光束按照工艺轨迹不断沉积凝固，从而实现基底表面激光立体成形制造。激光立体成形的过程也相对比较复杂，由图 1-2 可知，激光立体成形也是光、金相学与液体动力学等多种学科交叉融合的复杂工艺过程，涉及到激光参数和基底与粉末材料参数等多个复杂影响因素，主要包括送粉速率、粉末粒用率等[7]。这些粉末参数都对单位时间内，有效烧蚀沉积的粉末量有很大影然会影响成形层的形貌与质量。根据前文激光切割的质量评价标准分析，本文研究的激光立体成形工艺质量成形层的几何形貌尺寸。 课题来源
第一章 绪论方法概述简介方法（Cellular Automata）最初是被当做一种生物机体的Ulam 提出[15]。为了突破那个时代的电子管计算机的技术将一个矩形平面划分成多个网格，分别用空格或者实格状态的转化就用不同格的变换进行描述。从最初被创建到有引起学术界很多的关注，它的应用进展基本近乎于零一直等到了 1980 年代，随着计算机科学技术的突破式爆自动机方法进行了深入研究，比较全面地进行了元胞自述。从这个时候开始，元胞自动机的价值才渐渐被重视
【参考文献】：
期刊论文
[1]对激光切割技术在国内外发展现状的研究[J]. 王新明,孙有亮,陈立伟,张海东. 现代商贸工业. 2017(16)
[2]浅议我国数控激光切割技术的发展趋势[J]. 王天勇. 中国设备工程. 2017(04)
[3]智能制造的现状与发展趋势[J]. 张洁,吕佑龙. 高科技与产业化. 2015(03)
[4]大功率半导体激光器研究进展[J]. 王立军,宁永强,秦莉,佟存柱,陈泳屹. 发光学报. 2015(01)
[5]激光立体成形TC4钛合金组织和力学性能研究[J]. 李静,林鑫,钱远宏,黄卫东. 中国激光. 2014(11)
[6]激光切割表面形貌的分形插值模拟分析[J]. 赵林,耿雷,齐立涛. 机械设计与制造. 2014(07)
[7]送粉式激光熔覆中瞬态温度场与几何形貌的三维数值模拟[J]. 刘昊,虞钢,何秀丽,李少霞,郑彩云,宁伟健,葛志福. 中国激光. 2013(12)
[8]激光加工技术发展现状及展望[J]. 朱萍. 安徽科技. 2013(01)
[9]金属零件激光增材制造技术的发展及应用[J]. 李怀学,巩水利,孙帆,黄柏颖. 航空制造技术. 2012(20)
[10]激光打孔过程三维瞬态数值模拟[J]. 葛志福,虞钢,何秀丽,卢国权,李少霞. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2012(08)
硕士论文
[1]基于CA法钛合金激光快速成形晶粒生长模拟研究[D]. 王宗园.沈阳航空航天大学 2017
[2]铝合金薄板激光切割工艺研究[D]. 张晖.陕西理工学院 2016
[3]电子束光刻的三维微结构的模拟计算[D]. 鲍先同.东南大学 2016
[4]YAG激光切割薄钢板的技术研究[D]. 袁伟.长春理工大学 2014
[5]中厚板氧助激光切割数值仿真与实验研究[D]. 陈乐.上海交通大学 2014
[6]元胞自动机与现代科学中的计算主义[D]. 甘涛.中国人民大学 2005
[7]元胞自动机模型应用及模糊元胞自动机[D]. 畅春玲.大连海事大学 2005
本文编号：3287640
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光切割示意图
图 1-2 激光立体成形示意图如图 1-2 所示，同轴送粉式激光立体成形与激光切割加工一样，也是采用聚束照射基底表面，同时通过载粉气体同轴送粉的方式，将载粉气体输送到金。基体和金属粉末被激光辐照后，温度迅速升高发生固体液化相变，形成熔开后，熔池迅速冷却固化，形成粉末沉积成形层。随着激光束按照工艺轨迹不断沉积凝固，从而实现基底表面激光立体成形制造。激光立体成形的过程也相对比较复杂，由图 1-2 可知，激光立体成形也是光、金相学与液体动力学等多种学科交叉融合的复杂工艺过程，涉及到激光参数和基底与粉末材料参数等多个复杂影响因素，主要包括送粉速率、粉末粒用率等[7]。这些粉末参数都对单位时间内，有效烧蚀沉积的粉末量有很大影然会影响成形层的形貌与质量。根据前文激光切割的质量评价标准分析，本文研究的激光立体成形工艺质量成形层的几何形貌尺寸。 课题来源
第一章 绪论方法概述简介方法（Cellular Automata）最初是被当做一种生物机体的Ulam 提出[15]。为了突破那个时代的电子管计算机的技术将一个矩形平面划分成多个网格，分别用空格或者实格状态的转化就用不同格的变换进行描述。从最初被创建到有引起学术界很多的关注，它的应用进展基本近乎于零一直等到了 1980 年代，随着计算机科学技术的突破式爆自动机方法进行了深入研究，比较全面地进行了元胞自述。从这个时候开始，元胞自动机的价值才渐渐被重视
【参考文献】：
期刊论文
[1]对激光切割技术在国内外发展现状的研究[J]. 王新明,孙有亮,陈立伟,张海东. 现代商贸工业. 2017(16)
[2]浅议我国数控激光切割技术的发展趋势[J]. 王天勇. 中国设备工程. 2017(04)
[3]智能制造的现状与发展趋势[J]. 张洁,吕佑龙. 高科技与产业化. 2015(03)
[4]大功率半导体激光器研究进展[J]. 王立军,宁永强,秦莉,佟存柱,陈泳屹. 发光学报. 2015(01)
[5]激光立体成形TC4钛合金组织和力学性能研究[J]. 李静,林鑫,钱远宏,黄卫东. 中国激光. 2014(11)
[6]激光切割表面形貌的分形插值模拟分析[J]. 赵林,耿雷,齐立涛. 机械设计与制造. 2014(07)
[7]送粉式激光熔覆中瞬态温度场与几何形貌的三维数值模拟[J]. 刘昊,虞钢,何秀丽,李少霞,郑彩云,宁伟健,葛志福. 中国激光. 2013(12)
[8]激光加工技术发展现状及展望[J]. 朱萍. 安徽科技. 2013(01)
[9]金属零件激光增材制造技术的发展及应用[J]. 李怀学,巩水利,孙帆,黄柏颖. 航空制造技术. 2012(20)
[10]激光打孔过程三维瞬态数值模拟[J]. 葛志福,虞钢,何秀丽,卢国权,李少霞. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2012(08)
硕士论文
[1]基于CA法钛合金激光快速成形晶粒生长模拟研究[D]. 王宗园.沈阳航空航天大学 2017
[2]铝合金薄板激光切割工艺研究[D]. 张晖.陕西理工学院 2016
[3]电子束光刻的三维微结构的模拟计算[D]. 鲍先同.东南大学 2016
[4]YAG激光切割薄钢板的技术研究[D]. 袁伟.长春理工大学 2014
[5]中厚板氧助激光切割数值仿真与实验研究[D]. 陈乐.上海交通大学 2014
[6]元胞自动机与现代科学中的计算主义[D]. 甘涛.中国人民大学 2005
[7]元胞自动机模型应用及模糊元胞自动机[D]. 畅春玲.大连海事大学 2005
本文编号：3287640
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