针对金属材料的激光立体成形 (MLSF)工艺,利用大型有限元分析工具Ansys的二次开发语言APDL,开发了成形过程温度场、应力场的参数化有限元模型。该模型综合考虑了随温度变化的材料非线性、高斯激光能量分布、对流/辐射换热边界条件、相变以及自由变形约束等一系列问题。通过使用过渡网格划分技术,在提高计算精度的基础上,大幅减少了单元数目,从而实现了金属激光立体成形过程的整体建模。采用移动热源和单元生死技术,对激光成形过程热应力场进行了有效仿真,在准确计算温度场演化规律的基础上,揭示了塑性压缩区、塑性

针对0.1 mm厚医用聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜与0.1 mm厚薄钛板之间的激光透射连接试验,利用商业化软件ANSYS,使用APDL语言编程实现超高斯型热源的动态加载,建立了一个三维热传导模型,使用有限元法求得连接过程中温度场的分布,得到温度场达到准稳态的时间,分析加工速度和激光器功率等工艺参数对连接质量的影响,并计算出不同工艺参数下的连接宽度。通过对PET薄膜与薄钛板的激光透射连接试验接头宽度的测量值进行对比,两者趋势基本吻合,说明该有限元模型是可靠的。

针对“光束中空，光内送粉”的激光熔覆工艺方法，利用Ansys软件的参数化设计语言(APDL)建立了环形激光光斑连续移动加载的激光熔覆模型。通过计算该模型，可以掌握环形激光光内送粉激光熔覆过程中温度场的分布规律。计算结果表明，采用环形激光束加载时，熔池的最高温度区域的形状呈现出“马鞍形”。在基体纵切面上，熔池的高温区域分布呈不对称的“W”形，且高温区域主要分布在光斑中心往后；在基体横截面上，熔池的高温区域分布呈对称的“W”形，熔池中心温度低，两侧温度高，通过基体横断面等温线的分布能够判断熔覆层与基

利用有限元中的“单元生死”技术，通过ANSYS参数化设计语言(APDL)编程研究了长边扫描、短边扫描以及交错扫描方式对成形过程的热力耦合场以及残余应力分布的影响，并详细分析了各种扫描方式下，所选节点温度和热应力随时间的变化规律及残余应力沿各方向的分布规律。在与模拟过程相同条件下，实际成形实验所得结果与模拟结果吻合较好。