激光切割板材 加工出若干小孔的冷热变形仿真

寂静回声

问



答

你根本不知道自己提了深度之极的问题，先说结论你玩不转，你换成ansys你也玩不转。
这里面涉及到知识点太多了，从切割出第一个小孔开始，整个板材就开始变形，一个是板材冷却时残余应力引发的变形。另一个是激光切割时对板材一个加热变形。你能了解的那些有限元分析软件它们如何能在前处理条件中加载，并在运算中怎么体现板材被切割，被加热，被冷却，被变形这一系列过程？

找了几个外文论文：

题目：Experimental and numerical investigation of thermal distortion in laser cutting of thin stainless steel plates
DOI：10.1016/j.jmatprotec.2021.117318
来源：Journal of Materials Processing Technology（Elsevier出版社）



论文：A study on the different finite element approaches for laser cutting of aluminum alloy sheet
发表时间：2017-06-13
期刊：The International Journal of Advanced Manufacturing Technology（Springer）
DOI：10.1007/s00170-017-0599-0
该文采用 ABAQUS 建立了铝合金薄板激光切割的三维热-力耦合有限元模型，系统对比了传统拉格朗日（Lagrangian）方法与任意拉格朗日-欧拉（Arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE）方法在模拟材料去除过程时的表现。结果表明，ALE 方法由于允许网格随材料流动而自适应调整，有效避免了严重网格畸变，无需反复重划网格即可完整再现切缝形成及热影响区演化，其预测的切缝宽度、热变形量与实验数据的吻合度显著优于拉格朗日方法


国内的付费论文：
《激光切割过程数值模拟》
https://www.jinchutou.com/shtml/ ... 9e37381472f2b3.html

简单地说就是使用ANSYS 的生死单元（Birth & Death）来模拟激光切割小孔的工艺过程，生死单元的核心功能是通过动态激活/停用单元来模拟材料的添加或移除。在激光切割中，当激光沿路径移动时，路径上的材料会被加热至熔点并熔化，随后熔融材料因重力或表面张力作用脱落，形成小孔。

生死单元本身不模拟材料的流动（如熔融金属的重力下落），但可以通过以下方式间接体现：
刚度衰减，使其在结构分析中表现为“无效材料”。
在结构分析中施加重力载荷，模拟熔融材料因重力作用脱离板材。

但是这里面涉及到多物理场分析，比如热-结构耦合分析，使用 ANSYS 的 Transient Thermal 模块模拟激光扫描路径上的温度场。激光热源（高斯分布或双椭球模型）会导致材料局部升温，当温度超过熔点时，材料开始熔化。在热分析中，通过温度场判断材料是否达到熔点。当温度超过熔点时，材料进入液态（可定义为“死亡状态”）。
生死单元触发条件：在 ANSYS APDL 中编写逻辑判断，当某单元节点温度超过熔点时，触发该单元的“死亡”状态。


激光切割过程涉及热-结构-流体的多物理场耦合，热-结构耦合。热分析结果作为结构分析的输入，通过 Thermal-Structural Coupling 模块计算热膨胀和残余应力。当材料被移除后，几何形状变化可能导致网格畸变。可通过 Adaptive Meshing 或 Remeshing 功能动态更新网格。

因为涉及到多物理场耦合分析，所以有此论文使用COMSOL来进行仿真。利用COMSOL的变形几何和固体传热模块，模拟连续激光烧蚀打孔过程，验证材料去除机制。

即使强如Gemini 2.5Rro和ChatGPT o4-mini，在这个问题上，也胡说了一把。


所以大模型现阶段只能算是搜索引擎的部分替代品，因为需要在多个大模型之间进行交叉验证，所以办正事效率也不会高。