中科院力学所在激光成形研究中取得进展

中科院力学所在激光成形研究中取得进展

中国科学院力学研究所先进制造工艺力学重点实验室基于激光作用于有限大薄板这一物理模型，获得了激光弯曲成形和激光辅助预应力成形加工过程中温度分布的解析解，可用于快速计算一定工艺参数条件（功率密度、光斑半径、移动速度）下激光作用下的温度分布。

对于激光作用于金属薄板的温度场模型，目前主要的研究方法包括解析方法、数值方法，以及人工智能方法。其中，数值方法和人工智能方法可以较准确地模拟复杂工况，但通常耗时较长。人工智能方法还需要建立大量的训练样本。而解析方法可以在一定程度上快速预测温度场。

研究人员考虑了对流换热边界条件，通过直接求解有限大边界的三维热传导方程，以获得温度场随时间的函数。首先，通过分离变量法求解该模型所对应的本征值问题，得到一组完备的基函数（本征函数）；然后，将方程的非齐次项和温度函数在该基函数上展开为级数形式，系数待定；最后，将该级数代入原方程，通过积分变换求得各项系数，从而得到温度场的解析解。在实际求解过程中，由于指数项的存在，该级数收敛较快，计算量较小。另外，求解过程中还可通过采用低差异序列的准蒙特卡洛方法处理任意激光扫描路径下的温度分布。因此，对于任意给定激光扫描路径，均可通过该方程快速求得任意点在任意时刻的温度。

研究人员还通过实验和有限元计算，以铝合金AA6061T6板件为对象，YAG连续波激光系统为光源，通过记录激光扫描过程中几个测试点的温度历程，验证了该解析解的正确性。

(中科院)