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第1章 绪论1

1.1激光制造1

1.1.1 21世纪先进制造技术1

1.1.2激光制造的特点2

1.2激光制造工艺的力学原理3

1.2.1具有时不变特性的力学系统4

1.2.2具有时变特性的一般力学系统4

1.2.3激光制造力学原理的表达5

1.3激光制造工艺过程7

1.3.1激光制造的工艺过程7

1.3.2激光制造工艺过程中的力学原理8

参考文献9

第2章 激光制造的物理基础和技术基础10

2.1光子、原子、分子的相互作用11

2.1.1自发辐射和受激辐射11

2.1.2粒子数反转12

2.1.3分子的振转能级12

2.2激光器17

2.2.1激光器基本原理17

2.2.2工业激光器19

2.3激光束变换与传输32

2.3.1激光束变换32

2.3.2激光束传输45

参考文献48

第3章 激光与材料的相互作用50

3.1激光与原子团簇的相互作用50

3.1.1激光的时空特性50

3.1.2激光与原子团簇的相互作用51

3.1.3晶体结构52

3.2激光与材料相互作用的力学原理54

3.2.1光能一热能转换54

3.2.2激光与材料的相互作用56

3.2.3激光熔化和气化的物理基础57

3.2.4激光相变原理59

3.3激光与等离子体的相互作用71

3.3.1等离子体基本概念71

3.3.2激光与等离子体的相互作用74

参考文献80

第4章 激光制造中的时空效应82

4.1激光制造中的时空效应82

4.1.1激光材料改性、去除和增加过程中的时空效应82

4.1.2能量转换83

4.2热传导计算力学87

4.2.1热传导方程88

4.2.2相变潜热89

4.2.3瞬态热传导方程的有限元形式93

4.2.4有限元方程的求解95

4.2.5有限元计算的精度和力学模型99

4.2.6对流与辐射的影响109

4.3时空效应中的实验力学110

4.3.1靶材的力学性能测试110

4.3.2激光工艺效应测试112

4.3.3实验技术和方法115

4.4激光制造中时空效应的正向和反向过程117

4.4.1时空效应的相互作用117

4.4.2激光制造的虚拟过程117

参考文献118

第5章 激光改性原理120

5.1材料的激光改性120

5.1.1激光材料改性的基本思路120

5.1.2激光材料改性的工程应用120

5.2激光表面改性的力学原理121

5.2.1激光相变强化122

5.2.2激光熔凝强化124

5.2.3激光冲击强化124

5.2.4激光表面强化工艺125

5.3激光弯曲成形力学129

5.3.1激光弯曲成形原理129

5.3.2激光弯曲成形工艺133

5.4激光摩擦改性136

5.4.1材料的摩擦特性136

5.4.2激光处理改变材料的摩擦特性139

5.4.3耐磨性机理146

参考文献150

第6章 激光材料去除原理151

6.1激光材料去除的基本原理151

6.1.1激光材料去除过程151

6.1.2激光材料去除的加工系统156

6.2激光材料去除的力学原理157

6.2.1力学原理的基本思路158

6.2.2激光材料去除中的热转换158

6.2.3激光材料去除中的热传导160

6.2.4激光材料去除中的热对流165

6.2.5激光材料去除中的热辐射167

6.2.6激光材料去除中热转换的数值计算167

6.3激光材料去除的建模与分析168

6.3.1建模的基本概念168

6.3.2激光材料去除的加工过程建模169

6.3.3激光材料去除过程的一般模型185

6.4激光材料去除的工程应用191

6.4.1金属的激光去除191

6.4.2陶瓷的激光去除192

6.4.3塑料的激光去除193

6.4.4复合材料的激光去除193

参考文献193

第7章 激光材料连接原理196

7.1激光连接原理196

7.1.1激光连接原理概述196

7.1.2激光焊接的两种形式197

7.2激光焊接的热传递198

7.2.1激光辐射的吸收198

7.2.2传导焊接阈值200

7.2.3穿透焊接阈值201

7.2.4匙孔的稳定性和动力学205

7.2.5匙孔的运动209

7.3激光焊接的建模211

7.3.1激光焊接中的热转换211

7.3.2熔池和焊缝特性212

7.3.3激光焊接系统响应函数213

7.4激光焊接中的等离子体215

7.4.1激光焊接中等离子体的基本概念215

7.4.2激光焊接中等离子体的性质216

7.5异种金属激光焊接218

7.5.1异种金属激光焊接实验研究218

7.5.2异种金属激光焊接温度场数值模拟223

参考文献226

第8章 激光快速成形原理228

8.1激光直接成形过程228

8.1.1激光直接成形的基本原理228

8.1.2直接成形的方法229

8.1.3激光直接成形工艺229

8.2激光直接成形的实验研究236

8.2.1激光直接成形系统236

8.2.2激光直接成形工艺参数236

8.2.3激光功率对成形零件的影响237

8.2.4扫描速度对成形零件的影响240

8.3激光成形温度场分析242

8.3.1瞬态温度场计算的基本原理243

8.3.2瞬态温度场计算方法243

8.3.3有限元模型建模244

8.3.4瞬态温度场计算结果分析245

8.4激光成形的热应力计算249

8.4.1热应力场计算基本原理249

8.4.2激光成形的热应力计算253

8.4.3热应力计算结果分析254

8.5激光直接成形的工程应用262

8.5.1应用实例262

8.5.2激光成形工程应用策略264

参考文献264

第9章 激光制造的多参数过程控制原理265

9.1激光制造过程控制原理265

9.1.1激光制造过程控制概述265

9.1.2过程控制原理267

9.1.3控制系统分析273

9.2激光制造控制系统274

9.2.1激光制造过程的控制系统274

9.2.2计算机控制系统275

9.2.3激光器控制276

9.2.4机器人控制278

9.2.5示教编程器设计283

9.2.6激光制造过程的监测、诊断与控制285

9.3激光改性过程的控制290

9.3.1激光改性过程的监测与控制290

9.3.2激光相变强化的控制实例291

9.4激光材料去除过程的控制293

9.4.1激光材料去除过程的监测与控制293

9.4.2过程监测的传感技术294

9.4.3激光材料去除过程的控制294

9.5激光连接过程的监测与控制297

9.5.1激光连接过程中的各种信号297

9.5.2等离子体和穿透深度等信号的监测297

9.5.3激光连接过程中的声发射信号301

9.5.4激光连接过程中的可视监测302

9.5.5激光连接过程的控制303

9.6激光直接成形过程的控制308

9.6.1激光成形过程控制的原理308

9.6.2激光成形过程的控制系统309

参考文献310

第10章 激光制造过程的仿真312

10.1激光制造过程的虚拟与仿真312

10.1.1激光制造工艺规划312

10.1.2激光制造过程的仿真314

10.2激光制造仿真原理316

10.2.1激光制造过程仿真的物理基础316

10.2.2激光制造过程仿真的几何基础316

10.2.3逆向工程技术319

10.2.4轨迹规划算法320

10.2.5激光制造中的轨迹优化331

10.3激光制造过程仿真的实现341

10.3.1几何仿真系统的构建与完善342

10.3.2物理仿真工艺参数验证348

10.4激光制造过程仿真的工程应用353

10.4.1激光改性过程仿真354

10.4.2激光材料连接过程仿真354

10.4.3激光快速成形过程仿真354

参考文献354