项目名称: 基于三维真实表面形貌的热塑性塑料激光透射焊接机理及方法研究

项目编号: No.51475315

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 机械、仪表工业

项目作者: 王传洋

作者单位: 苏州大学

项目金额: 80万元

中文摘要: 针对热塑性塑料激光透射焊接成型过程,提出考虑结合面三维真实表面形貌的研究思路。深入探讨材料粗糙表面的建模方法以及其对激光能量传递和热流分布的影响;系统探索激光与热塑性材料之间的相互作用机制,建立激光散射衰减数学模型和热源模型;深化对热-机械力耦合作用下的焊接过程中加热、熔融流动及凝固过程的认识,并建立刻画这三个方面特性的数学物理模型,发展适合的数值模拟方法,结合试验研究,探讨温度场、应变场以及应力场之间的耦合关系;研究不同物理因素(压力、温度)、热物性参数(导热系数、比热)以及焊接工艺(激光功率、焊接速度、焊接压力)作用下,建立热力间联系、热流间联系、力流间联系的方法和规律。本研究旨在解决束缚该工艺走向应用的关键机理问题,明晰不同工艺参数激光焊接过程中的共性机理问题。本课题对研究与发展精确、高效、低成成本的激光透射焊接工艺和装备具有重要的理论意义和工程应用价值。

中文关键词: 激光透射焊接;热塑性塑料;耦合机理;三维形貌

英文摘要: Accroding to laser transimission welding thermoplastics process, a study idea taking real 3-D topography of contact area into account is proposed. The method for rough contact surface modeling and conducting research on influence for laser energy transfer and heat dispersion is studied. Mechanism analytical model and expression of interaction between laser and thermoplastics,developing the mathematical model of laser scattering attenuation and heat source are established. Understanding of heating, melt flowing and cooling in the process of welding under thermal-mechanical coupling effect. Furthermore, establishing mathematical physics model to characterize properties of heating, melt flowing and cooling is conducted. Proper numerical simulation methods and incorporating experimental study to investigate coupling relationship between temperature field, strain field and stress field is developed. Under different physical factors including pressure and temperature,different thermal physical properties including heat transfer rate and specific heat capacity,and different welding parameters including laser power, welding speed and wedling pressure, thermal-mechanical relationship, thermal-flow relationship and mechanical-flow relationship were established. Aim of this research is to solve key mechanisms restrict the application of bonding technique,to clarify common mechanisms and key physical and chemical issues under different operation parameters. This research has significant theoretical meaning and important engineering value in developing and investigating precise, high efficiency and low cost polymeric microfluidic chips bonding techniques and equipments.

英文关键词: laser transmission welding;thermoplastic;coupling mechanism;3D topography

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