[发明专利]激光通孔的有限元模拟方法、设备及存储介质

说明书

本发明提供一种激光通孔的有限元模拟方法、设备及存储介质，包括：构建激光热源模型；构建待加工材料的有限元网格模型；基于激光热源模型、有限元网格模型及其边界热源条件和模拟过程中的仿真参数，对待加工材料的激光通孔过程进行模拟变形分析，直至变形至预设材料变形高度时，加载预先设置的强冷对流条件以停止变形，得到通孔模拟结果。本发明通过采用将激光热源模型和边界条件施加到有限元网格模型以发生变形，并在变形至预设材料变形高度时添加强冷对流条件，从而模拟到整个通孔的形成过程的技术手段，解决因模型材料域网格不能发生拓扑变化，导致无法模拟到整个通孔形成过程的技术问题，提高了真实结构部件通孔的精度。

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种激光通孔的有限元模拟方法、设备及存储介质。

背景技术

当前，许多产品的结构部件都需要制出通孔，以完成特定功能提高产品的性能。制出通孔过程中，需要多次物理实验或者是依靠经验进行通孔，试验周期很长，消耗大量物力人力资源，从而严重的影响到构件的投入生产使用的时间。因此，激光通孔模拟和仿真具有十分重要的意义。

然而，在使用有限元商业软件进行大变形深孔模拟过程中，由于模型材料域网格不能发生拓扑变化，导致只能模拟打孔达到底部之前的过程，无法实现模拟整个通孔的形成过程，从而影响真实结构部件通孔的效果。

发明内容

本发明提供一种激光通孔的有限元模拟方法、设备及存储介质，旨在实现模拟整个通孔的形成过程，从而提高真实结构部件通孔的精度。

本发明提供一种激光通孔的有限元模拟方法，包括：

构建激光热源模型；

构建待加工材料的有限元网格模型；

基于所述激光热源模型、所述有限元网格模型及其边界热源条件、以及模拟过程中的仿真参数，对所述待加工材料的激光通孔过程进行模拟变形分析，直至变形至预设材料变形高度时，加载预先设置的强冷对流条件以停止变形，得到通孔模拟结果。

可选地，根据本发明提供的一种激光通孔的有限元模拟方法，所述仿真参数包括激光参数、环境参数和待加工材料的材料参数，其中，

所述激光参数包括激光功率、激光焦点半径、激光作用时间和激光作用频率中的至少一种；

所述材料参数包括材料固定密度、导热系数、比热容、激光吸收系数、升华热、液态密度、对流换热系数、材料表面辐射率中的至少一种；

所述环境参数包括环境初始温度。

可选地，根据本发明提供的一种激光通孔的有限元模拟方法，所述构建激光热源模型，包括：

基于所述激光功率和所述激光焦点半径，建立激光能量方程；

基于所述激光焦点半径与预设聚焦常量，在预先设置的二维轴对称平面内对高斯函数方程进行二维轴对称变形处理，得到目标高斯函数方程；

基于所述目标高斯函数方程，对所述激光能量方程进行更新，得到目标激光能量方程；

基于所述目标激光能量方程、所述激光作用时间和所述激光作用频率，构建得到所述激光热源模型。

可选地，根据本发明提供的一种激光通孔的有限元模拟方法，所述基于所述激光焦点半径与预设聚焦常量，在二维轴对称平面内对高斯函数方程进行二维轴对称变形处理，得到目标高斯函数方程，包括：

对所述高斯函数方程进行积分以及归一化处理，并结合所述激光焦点半径和所述预设聚焦常量，计算得到所述高斯函数方程中实数常数的关系结果；

将所述实数常数的关系结果代入至所述高斯函数方程中，计算得到所述目标高斯函数方程。

可选地，根据本发明提供的一种激光通孔的有限元模拟方法，