[發明專利]一種激光焊接熱源模型的建立方法

有效

• 申請號: 201310020198.5
• 申請日: 2013-01-18
• 公開（公告）號: CN103049623A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 董志波;鄭文健;宋奎晶;張家銘;郭軍禮;王帥麗;魏艷紅
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 金永煥

技術領域

本發明涉及焊接熱源模型的建立方法。?

背景技術

激光焊接作為一種高效率、高質量、高精度和小變形的焊接方法得到日益廣泛的應用和不斷的開發，已經在機械制造、航空航天、汽車工業以及微電子行業等領域得到飛速的發展。尤其是在航空航天領域，激光焊接因其能夠實現多種類型材料的連接，具有其他熔焊工業無法比擬的優越性等優點在航空工業的應用中做出了開創性貢獻。采用激光焊接的焊接結構從降低飛行器制造成本、縮短生產周期、減輕重量、提高構件的機械性能，提高運載能力、增強穩定性方面，都有良好的效果。目前，激光焊接技術已應用于波音、空中客車等主要航空企業的飛機制造中?？罩锌蛙嚬驹贏318飛機機身壁板的桁條上用激光焊接代替鉚接工藝。該工藝不僅可以節約成本，而且可以提高抗腐蝕能力，減重并減少裂紋增長。德國飛機蒙皮與筋條的連接采用激光焊接技術，用于A330/340飛機壁板的制造，其結果與鉚接相比，機身的重量減輕18％左右，制造成本降低了近25％。航空領域應用一般結構件比較復雜，且材料造價比較高，制造工藝不成熟，如果采用物理實驗或者是依靠經驗的方法需要做很多次試驗，試驗周期很長，這將會耗費大量的不必要成本，嚴重消耗大量物力人力資源，嚴重的影響到構件的投入生產使用的時間。所以焊接模擬和仿真具有十分重要的意義。采用數值模擬的方法來代替前期不必要的物理實驗，可以節約大量的成本和物力人力資源，縮短研究周期。將生產車間的反復性試驗交由計算機處理，可減少實際試驗的反復性和盲目性，并且焊接在模擬過程中調整方便，便于控制。?

激光焊接模擬首要解決的問題是激光焊接熱源模型的問題。目前國內外文獻中所提到的比較成熟的激光熱源模型多為組合熱源模型，解析公式較為復雜，商用有限元計算軟件中只有高斯面熱源和雙橢球熱源模型，沒有與之對應的激光熱源模型。所以要實現激光焊接模擬，必須人工編寫含有激光熱源相關代碼的子程序，然后通過有限元軟件調用該程序進行計算。這樣便帶來了諸多弊端：其一是熱源子程序的編寫復雜多變，通用性較差，熱源移動路徑難于實現，對編程者水平的要求較高；其二有限元軟件調用子程序會耗用許多額外時間，大大降低了計算效率，若有限元模型網格數量較大，無疑會進一步加大計算量，甚至會達到計算機無法承受的程度；此外激光熱源的校核比較復雜，重復性調試操作量較大。利用本發明所提供的熱源模型無需人工編程，利用有限元計算軟件自帶熱源模型模塊?便可實現，降低了熱源實現難度，提高了計算效率，可完成大型復雜構件的激光焊接過程。另外該熱源構建形式簡單，熱源形狀調節方便，可控性強，與實驗結果相似程度高。?

發明內容

本發明是要解決大型復雜構件的激光焊接模擬中存在的激光熱源實現難度大，計算效率低的問題，而提供的一種激光焊接熱源模型的建立方法。?

本發明的一種激光焊接熱源模型的建立方法按以下步驟實現：?

第一步：建立三維有限元網格模型：?

在三維造型軟件中建立工件的幾何模型，利用網格劃分軟件或者有限元計算軟件對工件進行網格劃分；?

第二步：建立熱源表面的高斯熱源模型：?

q(x,y,t)=3Qη1πR2exp(-3(x2+y2)R2)---(1)]]>