附件C：譯文

激光切割銳利邊緣的熱應(yīng)力分析
B.S.Yilbas, A.F.M. Arif, B.J. Abdul.Aleem

關(guān)鍵詞：激光切割；金屬薄板；熱應(yīng)力
摘要：本文研究了激光切割銳利邊緣及其切口的熱應(yīng)力擴(kuò)展。研究中用有限 元法預(yù)測溫度和應(yīng)力場，而用X射線衍射（XRD）技術(shù)來測量切割邊緣周圍的殘余應(yīng)力。仿真和實(shí)驗(yàn)所用的工件為一個(gè)5毫米厚的低碳鋼板。其邊緣的形態(tài)學(xué)和金相組織變化用光學(xué)顯微鏡和掃電子顯微鏡（SEM）檢測。結(jié)果表明，當(dāng)激光束位于該區(qū)域時(shí)，銳角部保持很高的溫度。這反過來又降低了冷卻速度，和該區(qū)域的von Mises應(yīng)力。最大殘余應(yīng)力是在尖角處，大小約90MPa，而最大von Mises應(yīng)力約為280MPa，發(fā)生在遠(yuǎn)離尖角部位。此外，殘余應(yīng)力的預(yù)測與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的相一致。

1引言
金屬板材激光加工在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。高能聚焦光束保證了快速處理和加工精度。由于激光加工是涉及高溫，在加工區(qū)域的溫度梯度上升到高值。這反過來，導(dǎo)致在照射區(qū)域產(chǎn)生了熱應(yīng)力。加工過后快速冷卻在加工區(qū)域形成壓應(yīng)力。這種情況尤其是在激光切割銳邊或銳角時(shí)發(fā)生。在這種情況下，在銳邊和銳角產(chǎn)生的殘余應(yīng)力限制了加工工件在實(shí)際中的使用。因此，研究激光切割銳邊和銳角時(shí)的熱應(yīng)力很有必要。
國內(nèi)外開展了相當(dāng)多的研究來分析激光切割和熱加工。Li and Sheng [1] 進(jìn)行了陶瓷激光切割的平面應(yīng)力模型研究，該模型可以確定其應(yīng)力水平和何時(shí)開始斷裂。他們提出了混合模型來預(yù)測斷裂開始，而應(yīng)力分析使用采用了平面應(yīng)力模型的數(shù)值方法。Li and Sheng [2]還開展了預(yù)測激光切割薄板的熱影響區(qū)和殘余應(yīng)力分布的數(shù)學(xué)研究。他們分析了切割速度和激光能量對(duì)熱影響區(qū)大小和由此產(chǎn)生的殘余應(yīng)力的影響。Aloke[3]等提出了一種激光切割孔槽熱效應(yīng)的物理模型。他們假設(shè)激光旁邊的洞是塑性變形其殘余應(yīng)力超過了基體材料的屈服極限。Lu等人研究了無限大的板由一個(gè)以恒定速度移動(dòng)的點(diǎn)熱源產(chǎn)生的應(yīng)力分布問題。他們指出，焊接和切割的應(yīng)力強(qiáng)度因素相反，這意味著，熱源產(chǎn)生的熱腸往往靠近在尖端附近切割表面。Modest and Mallison [5]使用彈性熱應(yīng)力模型預(yù)測陶瓷激光加工應(yīng)力場。他們預(yù)測了彈性應(yīng)力場的增強(qiáng)和衰減。Tsai and Chen [6].提出了控制斷裂的激光切割技術(shù)。他們使用Nd：YAG激光在基體材料表面上劃槽，