شبیه سازی برشکاری با لیزر به کمک روش المان محدود

لیزرها به عنوان ابزاری ارزشمند برای شکل دادن و برش مواد سخت و شکننده، خود را نشان داده اند. متاسفانه شار حرارتی متمرکز که به لیزر اجازه می دهد تا به صورتی کارآمد و موثر، توانایی برش انواع مواد را داشته باشد، باعث می شود تا تنش های حرارتی بزرگی در منطقه کوچک متاثر از حرارت (haz) شکل بگیرند. این تنش های حرارتی قابل توجه می توانند باعث کاهش استحکام و عمر خستگی و هم چنین تشکیل ترک های ریز در قطعه گردند. بسته به سرعت برش، قدرت لیزر و خواص ماده، ممکن است میزان این تنش ها از تنش تسلیم ماده تجاوز کند. به منظور ارزیابی موقعیت و نوع تنش هایی که در حین برشکاری با لیزر اتفاق می افتد و هم چنین محاسبه چگونگی توزیع حرارت و نرخ برداشت ماده، یک مدل ترمو مکانیکی در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفت. حل معادلات تنش و انتقال حرارت به صورت عددی و به کمک روش اجزا محدود صورت پذیرفت. پرتو لیزر به صورت گوسی فرض شد و مسئله ترمو الاستو پلاستیک به صورت سه بعدی در نظر گرفته شد. تحلیل انجام شده قادر است تا عمق شیارها و مقادیر تنش های حاصل از برشکاری در حالت پالسی را برای مقادیر مختلف قدرت، سرعت و فرکانس لیزر پیش بینی نماید. در قسمت اول آنالیز، توزیع حرارت و نرخ برداشت ماده در حین فرآیند محاسبه شد. دومین مرحله از تحلیل نیز شامل استفاده از تاریخچه دمایی پیش بینی شده در تحلیل حرارتی، به عنوان بار حرارتی ورودی به مدل مکانیکی می باشد. برای اثبات صحت شبیه سازی، نتایج حاصله با داده های تجربی سایر محققین مورد مقایسه قرار گرفت و این قیاس نشان می دهد که شبیه سازی انجام شده از دقت کافی برخوردار است.