高功率横流CO_2激光器虚拟样机的研究

【摘要】：激光加工在工业生产中是一个十分重要的加工方式;虚拟样机技术是当前减少设计失误、提高设计效率而提出的一种先进产品开发方法;本文利用虚拟样机技术,专题研究高功率横流CO_2激光器的虚拟样机,旨在提高激光器的质量、减少开发时间、降低开发成本,解决工程中急需解决的瓶颈问题,丰富虚拟样机技术的内涵及其应用技术。本文的主要研究内容及成果包括: (1)在综合分析虚拟样机技术和高功率横流CO_2激光器设计技术的国内外研究现状、发展趋势和存在问题的基础上,从产品全生命周期的角度,提出了狭义虚拟样机和广义虚拟样机的概念,比较分析了虚拟样机技术与同类技术的异同;通过总结和分析虚拟样机各种体系框架,设计出高功率横流CO_2激光器虚拟样机的系统框架。 (2)提出了结合实体造型参数化设计与关键性能仿真的虚拟样机设计的一体化方法,完成了高功率横流CO_2激光器虚拟样机的原型设计。 (3)分别采用有限元分析和插值模拟两种方法对高功率横流CO_2激光器流道和谐振腔进行了温度场模拟仿真,得到了流道和谐振腔温度场的分布状况;在此基础上,提出了流道几何结构的优化方案;建立了散热系统的数学模型,并在离散化的基础上模拟了激光发生器的热导过程。 (4)将相似工程理论引入高功率横流CO_2激光器设计方案的决策,提出了产品开发时样机方案的决策方法,论证了在高功率横流CO_2激光器开发时,采用虚拟样机技术优于物理样机技术;针对高功率横流CO_2激光器虚拟样机,提出了采用综合评价技术评价虚拟样机与设计要求符合程度的相似法;根据软件工程的设计思想,建立了高功率横流CO_2激光器虚拟样机的评价体系。 (5)在分析信息集成方式的基础上,提出以虚拟样机为载体进行信息集成的新思路和方法,并应用于高功率横流CO_2激光器的设计。 经过考证实验,验证了本文研究结果可行性及有效性。