[发明专利]一种基于能量分配系数的激光电弧复合热源的建模方法

说明书

本发明公开了激光焊接技术领域的一种基于能量分配系数的激光电弧复合热源的建模方法，旨在解决现有技术中进行焊接仿真时热源校核周期长、模拟熔池与实际熔池形状吻合度不高的技术问题。所述方法包括步骤：获取实际熔池参数；基于预构建的任两个组成热源之间的能量分配系数模型构建激光电弧复合热源模型，基于激光电弧复合热源模型获取模拟熔池参数，将模拟熔池参数与所述实际熔池参数进行比对，获取模拟熔池相对于实际熔池的吻合度，判断所述吻合度是否达到预设阈值，调整热源参数，将吻合度达到预设阈值时的激光电弧复合热源模型作为激光电弧复合热源的最终模型。

技术领域

本发明涉及一种基于能量分配系数的激光电弧复合热源的建模方法，属于激光焊接技术领域。

背景技术

随着计算仿真技术的迅猛发展，焊接仿真技术也逐渐引起人们注意，越来越多的工程师通过仿真技术来研究焊接的过程与现象，进而优化焊接工艺，以期有效控制焊接变形和焊接缺陷。目前，关于焊接的仿真技术还不够成熟，存在诸如热源校核周期长、模拟得到熔池形状与实际熔池形状吻合度不高等技术问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于能量分配系数的激光电弧复合热源的建模方法，以解决现有技术中进行焊接仿真时热源校核周期长、模拟熔池与实际熔池形状吻合度不高的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于能量分配系数的激光电弧复合热源的建模方法，包括步骤：

获取实际熔池参数；

基于预构建的任两个组成热源之间的能量分配系数模型构建激光电弧复合热源模型，所述组成热源为组成激光电弧复合热源的热源之一，所述能量分配系数模型的变量包括热源参数；

基于激光电弧复合热源模型获取模拟熔池参数，将模拟熔池参数与所述实际熔池参数进行比对，获取模拟熔池相对于实际熔池的吻合度，判断所述吻合度是否达到预设阈值；

响应于所述吻合度未达到预设阈值，则调整热源参数，然后重复模拟熔池及其相对于实际熔池的吻合度的获取过程，并重新判断所述吻合度是否达到预设阈值；

响应于所述吻合度达到预设阈值，则将相应热源参数下的激光电弧复合热源模型作为激光电弧复合热源的最终模型。

进一步地，所述组成热源包括一个用来表示电弧的双椭球热源和两个用来表示激光的圆柱体热源，双椭球热源作用于激光电弧复合热源作用区域的上半部分，圆柱体热源作用于激光电弧复合热源作用区域的下半部分。

进一步地，所述热源参数包括双椭球热源的形状参数、圆柱体热源的半径、双椭球热源的有效作用深度、圆柱体热源的有效作用深度中的至少任一项。

进一步地，双椭球热源模型，其表达式如下：

式中，q₁(x,y,z)为双椭球热源模型的热流密度函数，x为双椭球热源模型在空间坐标系x方向上的坐标值，y为双椭球热源模型在空间坐标系y方向上的坐标值，z为双椭球热源模型在空间坐标系z方向上的坐标值，A₁为双椭球热源的能量系数，f₁(x,y,z)为双椭球热源的形函数，a、b、c为双椭球热源的形状参数，h₁为双椭球热源的有效作用深度，Q₁为双椭球热源的有效功率，Q₁＝η₁P₁，η₁为双椭球热源的功率有效系数，P₁为双椭球热源的实际功率，β为电弧主轴与x方向的夹角，γ为电弧主轴与y方向的夹角，θ为电弧主轴与z方向的夹角。

进一步地，圆柱体热源模型，其表达式如下：