[发明专利]一种用于模拟环形激光光内送粉的热源模型

权利要求书

1.一种用于模拟环形激光光内送粉的热源模型，其特征在于：在建立传统圆形激光束光外送粉和环形激光光内送粉的有限元模拟的基础上，基于高斯面热源、双椭球热源、圆锥体热源的推导机理，分析圆形激光和环形激光的能量分布，进而得到一种用于模拟环形激光光内送粉的热源模型，并用此模型进行了环形激光光内送粉的数值模拟，具体包括如下步骤：

步骤一：基于容积式热源及环形激光中空环状锥形的空间分布和圆锥体热源，采用面积乘以光斑厚度推导中空环状锥形的体积V：

根据离焦量不同可分为两种情况，环形激光光斑焦点在熔覆表面上和环形激光光斑焦点在熔覆表面下方，熔覆表面上方中空环状锥形光斑的面积S有以下表达：

S＝πr·l₁±πr′·l₂

其中f环形光焦距，h为出光口到熔覆表面高度，r为环形激光出光口等效半径，r′为环形激光照射到熔覆表面半径；

带入得：

光斑厚度2δ有：

其中R为光斑水平宽度的一半；

带入有体积V：

步骤二：获得随高度z变化的环形半径r_c以及z高度上的面热源分布函数E：

其中r″为空间点(x，y，z)到z高度上的面热源中心的距离：

步骤三：基于容积式体热源其中K为热流密度系数，P为激光功率，V为激光分布体积，带入步骤一和二，得到用于模拟环形激光光内送粉的中空环状锥形体热源模型：

其中中空环状锥形体热源热流密度系数K′根据实验、模拟等手段反演设定；

同理，基于容积式面热源可得用于模拟环形激光光内送粉的中空环状锥形面热源模型：

其中中空环状锥形面热源热流密度系数K″根据实验、模拟等手段反演设定；

步骤四：编写热源子程序，嵌入有限元软件子程序接口，添加粉末源进行数值模拟计算，即可获得环形激光光内送粉的温度场、熔池熔道形成过程等。

2.根据权利要求1所述的一种用于模拟环形激光光内送粉的热源模型，其特征在于：步骤三中的热源模型可添加t时间项和v速度项，转为移动热源，如在x轴方向上移动的移动热源：

热源随着时间t以速度v在x轴方向上移动。

3.根据权利要求1所述的一种用于模拟环形激光光内送粉的热源模型，其特征在于：步骤三中的中空环状锥形体热源模型，依照激光头实际参数设定好出光口半径r和焦距f后，可根据实际熔覆表情况输入激光头距离熔覆表面的高度h，研究不同离焦量情况下的熔覆情况。