课程文献中心 更多>>

关键词： 氢气燃烧   部分预混燃烧模型   PCS内部换热器   应力分析  

摘要： 严重事故下,锆水反应在产生大量的氢气同时必然伴随大量热量的释放。PCS内部换热器是核安全级设备,为PCS系统的重要组成设备,具有导出安全壳内热量的作用。在PCS内部换热器对严重事故进行响应,导出热量过程中,水蒸气便会在PCS内部换热器附近冷凝。该过程会导致氢气和空气的浓度上升,致使PCS内部换热器附近氢气燃烧可能性上升。因此使用商业流体计算软件ANSYS,以PCS内部换热器为研究对象,开展了PCS内部换热器外氢气燃烧及其影响分析。PCS内部换热器外氢气燃烧模型及其验证。氢气燃烧模型使用之前必须进行实验验证。选用西安交通大学刘银河圆柱形实验作为对氢气燃烧数值计算模型的验证实验。使用ANSYS中的Fluent模块,模拟初始氢气浓度为10%、初始压力为0.1 MPa以及初始温度分别为323K和423K两种初始条件下的火焰传播速度以及燃烧峰值压力。计算结果与实验数据符合较好。由此可得,本文选择的PCS内部换热器外氢气燃烧模型可以有效的模拟PCS内部换热器外氢气的燃烧。PCS内部换热器外氢气燃烧及其热工特性分析。使用ANSYS中的Fluent模块,研究了容器直径、点火位置、换热管位置、初始氢气浓度、初始温度、初始压力、换热管内对流换热系数、管束等因素对该换热器热工特性影响。其中容器直径选取1 m、1.5 m、1.5 m;点火位置选取距圆心0.2 m、0.3 m、0.4 m;换热管距容器中心的位置选取0 m、0.2 m、0.4 m;初始氢气浓度选取8%、10%、12%;初始温度选取363 K、413 K、463 K;初始压力选取0.35 MPa、0.45 MPa、0.55 MPa;换热管内对流换热系数选取范围为200～2000W（m K）;管束由3根换热管组成。计算发现,该换热器的热工特性最主要的影响因素为初始氢气浓度和换热管内对流换热系数。氢气燃烧条件下PCS内部换热器的应力分析。使用ANSYS中的Static Structural模块,模拟了该换热器在外部氢气燃烧条件下的应力情况。该换热器上、下联箱筒体壁厚方向以及应力最大点处沿换热管壁厚方向进行应力线性化后,将得到的总体薄膜应力、局部薄膜应力以及局部薄膜应力与弯曲应力之后与ASMEⅢ卷第1分卷的NC分册和第1分篇附录C级准则进行比较。计算发现,在本文分析的工况下,评定路径的应力水平满足评定标准的要求。

关键词： 滑动滑块导轨副   微织构   优化设计   摩擦磨损   温度   承载压强   应力  

摘要： 机床设备作为装备制造业的核心组成部分,其产品性能、精度、寿命等要求越来越高,进而要求机床进一步朝着高效率、高精密、高自动化、高柔性、低损坏率等方向研究发展,而在机床中承担导向和承载作用的滑动滑块导轨副的承载性能、抗摩擦磨损性能以及抗热性能对机床整机的加工精度、产品质量、寿命起着重要的作用。而表面织构被证明是改善摩擦副特性的一种有效可行手段,因此将微织构应用于机床滑动滑块导轨副中,有望能进一步提升机床滑动滑块导轨副乃至整机的整体性能。本文依托辽宁省教育厅项目—“摩擦副表面多孔微织构多目标优化设计理论与制造关键技术研究”(LJ2020ZD001),对滑动滑块导轨副表面制备椭圆开口偏置类抛物线截面型微织构进行研究,其内容和结论如下:(1)本文以机床传动系统中的矩形滑动滑块导轨副为研究对象,通过应用流体润滑理论和CFD仿真分析的方法对未织构滑动滑块导轨副在润滑状态下摩擦副间润滑油膜的承载性能、抗摩擦磨损性能、温升以及在乏油状态下摩擦副表面的接触应力进行分析。(2)对比分析椭圆开口无偏置类抛物线截面型、圆形开口偏置类抛物线截面型、椭圆开口偏置类抛物线截面型单元胞的流体动压效果,确定本论文所选取的单元胞类型为椭圆开口偏置类抛物线截面型并对其进行三维实体构筑,分析当选用偏置类单元胞孔时偏置因素与流向的关系对承载压强和摩擦系数的影响。(3)对微织构的形状参数(长轴半径、短轴半径、深度、偏置量、Rho)以及分布参数(横向间距、纵向间距、角度)对滑动滑块导轨副的承载性能、摩擦系数以及温升的影响规律进行研究,并利用响应面分析理论进行多目标多参数优化设计,获得最优机床滑动滑块导轨副微织构特征参数(形状参数、分布参数)。(4)对最优特征参数微织构的织构化滑动滑块导轨副相关性能进行仿真分析,并与原型滑动滑块导轨副相关性能进行对比分析,证明本文的研究成果,同时对滑动滑块导轨是否双向运动切削推荐了微织构的最佳特征参数。本文研究成果可为微织构应用于高档数控加工机床乃至其它具有摩擦副的高端装备提供理论和技术参考。该论文有图54幅,表34个,参考文献68篇。

关键词： 高速电机   永磁体   过盈配合   应力   磁性能   磁特性模型  

摘要： 高速电机被广泛应用于飞轮储能系统、高速机床、高速涡轮发电机等多个领域。然而高速电机的损耗密度比传统电机更大,其转子温升明显,转子上永磁体的温度也随之升高,并且永磁体在高转速下承受了很高的机械应力。永磁体磁特性的变化将影响电机的整体性能,因此有必要对高速电机中永磁体在复杂工况下的磁特性进行研究,以提高电机设计的精度,确保电机运行的可靠性。本文首先介绍了永磁体的特性参数,总结了不同种类转子护套的特点,研究了转子低温过盈装配工艺对永磁体性能的影响。由于转子护套与永磁体之间为过盈配合,采用非金属护套的表贴式永磁电机在转子装配过程中,永磁体要经历液氮低温环境。本文设计实验分析了永磁体低温处理后的性能。以一台高速永磁同步电机为例,本文用有限元仿真软件分析了高速电机中永磁体在工作条件下的温度分布,用解析法分析了永磁体与转子护套之间过盈量产生的过盈预紧力,仿真分析了离心力、热应力以及过盈配合预紧力共同作用时永磁体的机械应力分布。本文设计实验装置模拟永磁体在高速电机中的工况,分析了永磁体在不同温度和机械应力下的磁性能,并根据实验结果提出了永磁体在不同应力下的磁特性模型。在表贴式永磁同步电机中,永磁体是转子涡流损耗的主要来源,本文研究了永磁体电导率对转子涡流损耗的影响,设计实验分析了不同温度和机械应力下永磁体的电导率。最后,本文将提出的永磁体磁特性模型应用在高速电机的仿真中,分析了一台高速永磁同步电机和一台高速永磁辅助同步磁阻电机的电磁性能,验证了永磁体磁特性模型的影响。

关键词： 双斜槽转子感应电机   温度场   应力场   等效电路   分布磁路法  

摘要： 单斜槽电机因其制造简便,服役性强被广泛应用于为工农业提供动力。近年来,为响应国家“十四五”的号召,进一步释放高效节能领域需求,这要求我们对感应电机进一步优化,而单斜槽转子拓扑已较为成熟,在其基础上优化对电机性能提升有限。双斜槽转子具有低噪声并可完全消除同步附加转矩的优点,并解决了单斜槽转子容易产生轴向窜动的缺点。故本文以双斜槽转子感应电机为对象,分析探索双斜槽转子感应电机温升分布与应力分布,并就潜在热应力故障提出优化拓扑。提出一种槽端结合的漏抗计算方式计算双斜槽转子特有结构中环的漏抗。提出一种适用于双斜槽转子的等效电路并与分布磁路法结合,缩短仿真时间。主要工作有以下几个方面: 基于三维电磁场计算结果,建立三维温度场模型,以双斜槽转子感应电机各单元上的损耗密度为载荷求解电机三维稳态温度场,再根据温升分布在应力场中求解电机转子热应力,分析发现普通中环双斜槽转子在中环与导条连接处热应力最大,在此处具有潜在热应力断条故障。为此就优化电密分布,以热应力转移为目标进行流程优化最终得到不过多影响电磁性能且避免了潜在热应力故障的梯形中环拓扑,最后求得新中环的热应力分布较为合理,热应力最大点转移至机械强度更高的导条上。 梯形中环的提出伴随着中环区域漏抗的减少,因中环为周向拓扑类似鼠笼端部,但未有公式计算如此端部漏抗。并提出采用端部漏抗与槽漏抗结合,电磁能量公式与有限元法结合计算中环漏抗,证明该新型中环拓扑可以在不过多影响电机性能的情况下降低中环漏抗,即降低转子漏抗进而提升电机起动性能。 提出一种基于错开双斜槽转子拓扑的等效电路,参数计算后,通过对双斜槽转子进行轴向分层将其改进成能考虑双斜槽的等效电路,采用分布磁路法计算气隙磁密,结果存在误差但具有指导意义,且计算速度较三维快。与试验结果比较,双斜槽转子的稳态性能较实验结果误差在允许的范围内,对磁路分析具有一定的理论指导意义。

关键词： 高熵合金   选区激光熔化   扫描策略   温度场   应力场  

摘要： 高熵合金的迅速发展已成为材料领域的一个重要研究热点,由于多元素的组成,在硬度、强度、腐蚀性、抗氧化性等方面具有优异的综合性能。选区激光熔化（SLM）技术作为高熵合金重要的成形方法之一,在制备过程中,激光与粉末反应激烈使材料温度产生非线性变化,引起的热应力使零件出现开裂和翘曲变形等缺陷。因此,优化高熵合金SLM的成形策略,分析成形策略对材料温度和应力的影响规律,进而探索高熵合金SLM的成形机理,对高熵合金的SLM成形具有重要指导意义。SLM成形过程中,材料的热物理性能随温度的变化呈现出非线性变化,通过实验方法测量SLM成形中温度变化和应力演变的规律比较困难,但仿真软件的开发为解决这些问题提供了非常方便的途径。本文采用仿真软件ANSYS建立有限元模型,将高斯锥形体热源作为激光热源,通过“生死单元”和APDL参数化语言,开展了高熵合金Co Cr Fe Mn Ni合金的SLM成形策略仿真研究。首先,建立工艺参数的仿真模型。进行SLM成形高熵合金过程中激光功率、扫描速度的仿真研究。激光功率增大时,扫描道中间节点（即节点3）的升温速率、冷却速率、熔池尺寸和搭接率均逐渐增大。扫描速度时,扫描道中间节点（即节点3）的升温速率逐渐增大,冷却速率、熔池尺寸和搭接率均逐渐减小。通过仿真研究获得优化的工艺参数为功率90 W,扫描速度为1000 mm/s。其次,建立一字形、之字形和外螺旋线三种扫描路径仿真模型,进行SLM成形高熵合金过程中扫描路径的仿真研究。三种扫描路径产生的共同点是第一层的表面等效应力较大,第二层的表面等效应力下降。一字形扫描路径较外螺旋线路径冷却速率高,成形时间较短,应力分布较为均匀。之字形扫描路径的成形时间最短,冷却速率最大,意味着更易形成细小的晶粒。外螺旋线扫描路径扫描道逐渐变短,中心区域出现熔化不彻底或未熔化的情况,应力集中现象严重。通过仿真研究获得优化的扫描路径为之字形扫描路径。最后,建立层间0°、45°、67°和90°四个旋转角度的仿真模型,研究层间旋转角度对SLM成形高熵合金的影响。与层间45°旋转和层间67°旋转条件下相比,层间90°旋转熔池尺寸及搭接率变化较小,这可能是因为层间90°旋转扫描道数与非旋转的扫描道数一样,而扫描道数量及长短变化引起的熔池尺寸和搭接率变化较大。层间67°旋转和层间45°旋转条件下的二层和四层成形表面中心（即节点P2和P4）应力大,但冷却一段时间后应力变小且均匀,意味着层间旋转一定的角度有利于降低应力,有利于减少应力集中。而层间67°旋转在三层和四层冷却后的应力值最低,应力分布最为均匀。通过仿真研究获得优化的层间旋转角度为67°。

关键词： 换热器   努塞尔数   流动传热   应力   疲劳寿命  

摘要： 伴随着芯片尺寸的缩小和功耗密度的增加,其发热问题亟待解决。如何通过热设计保证电子芯片的可靠运行,成为了一个不可忽视的要点。因此本文设计了一种交错双P型微通道换热器,并通过数值计算和实验研究的方法分析了换热器的换热性能和机械性能。具体研究工作如下: 首先,提出了三种不同结构的散热器,即传统直通道设计、增强设计和交错双P型设计,并建立了相应的数值仿真模型,将三种换热器的换热性能进行对比研究。发现,在传统直通道设计中,采用交错进出口排布,具有更好的换热性能;与传统直通道设计相比,增强设计的最高温度可降低41.71%;与增强设计相比,交错双P型设计的最高温度可降低6.99 K,交错双P型设计的最小温差为9.65 K,低于10 K。采用工程优化方法,对交错双P型微通道换热器中V型二次分流流道倾角β与阶梯型汇流流道倾角α进行了优化分析。结果表明,交错双P型微通道换热器的换热性能随倾角β的减小而降低,随倾角α的减小而降低;当倾角β=30°且α=90°时,交错双P型微通道换热器的换热效果最优。 其次,将交错双P型微通道换热器的换热性能与前人研究中的环形微通道换热器的换热性能相比,在相同条件下,交错双P型微通道换热器的努塞尔数是环形微通道换热器的1.66倍,证明了交错双P型微通道换热器具有良好的换热性能。在此基础上,采用综合评价因子评估了交错双P型微通道换热器的换热性能。结果表明,当倾角β<45°且倾角α<150°时,综合评价因子>1,变现出了优异的换热性能。采用实验方法对交错双P型微通道换热器的换热性能进行研究,验证了数值计算结果的正确性。结果显示,压降的实验数据与仿真数据的最大相对误差为9.05%,验证了数值计算结果的正确性。 最后,在不同热边界条件下对换热器进行了流-热-固耦合分析,对换热器的换热性能、结构强度与疲劳寿命进行研究。对比分析了在均匀单热源应用、非均匀多热源应用和均匀多热源应用,换热器的最大温度、温差和努塞尔数。数据显示平均努塞尔数的相对误差不足3%,证明了SDP具有稳定的热管理性能。采用热-固耦合方法,研究了不同应用中换热器的变形和应力分布。换热器工作时的最大应力为91.057 MPa,小于许用应力,满足强度使用要求;换热器的最小安全因数为1.689,大于材料的许用安全因数,故疲劳强度满足使用要求;当换热器的工作环境温度大于289 K而小于345 K时,换热器的疲劳寿命循环可达10～8以上;以工作环境温度313 K为中心,温度不断向两边升高或者降低,换热器的等效交变应力不断增大,疲劳循环寿命不断缩短。

关键词： 隧道   复合式衬砌   复变函数理论   应力   位移  

摘要： 隧道凭借行车距离短,运行效率高,对环境影响小等优势被广泛应用。隧道开挖破坏了围岩中初始的应力平衡,导致应力集中和变形的出现,而过大应力和变形是导致隧道事故发生的重要因素。因此,研究有无支护隧道的应力和位移具有十分重要的意义。本文利用映射点搜索法,求解了某复合式衬砌隧道的映射函数。根据复变函数理论,给出了未支护、只施加初支以及复合式衬砌隧道的应力函数的求解过程,得到了应力和位移的解析解。应用所求解的某复合式衬砌隧道的映射函数,得到了应力和位移沿各边界的分布,并对连续条件和边界条件进行验证。应用有限元软件ANSYS,建立了隧道的有限元模型,得到了应力和位移的数值解,与解析解进行对比。分析了侧压力系数对内边界切向正应力和法向位移的影响。结果表明:采用搜索边界映射点法求解的复合式衬砌隧道的映射函数是足够准确的。所得的应力和位移的解析解精确满足连续条件、边界条件和对称条件。接触面两侧的法向正应力、切应力、法向位移和切向位移分别相等,内边界上的法向正应力和切应力都为零,竖直轴上的切应力和切向位移都为零。所得的应力和位移的解析解与数值解吻合良好,证明解析解是正确的。初支的施加减少了围岩的应力和位移,二衬的施加进一步减少了围岩和初支的应力和位移。周边位移的最大值在拱腰附近取得,拱顶和拱底处分别存在最大沉降和隆起。随着侧压力系数的增加,复合式衬砌隧道二衬拱顶和拱底的切向正应力由拉应力变为压应力;切向正应力的最大压应力逐渐增大,位置在拱脚处;拱顶的沉降和拱底的隆起逐渐减小;最大周边位移由向外变为向内。初支和二衬的最大压应力和拉应力均能满足应力要求,可适当减小二衬的厚度。在隧道的设计和施工过程中,要加强对拱顶、拱底、拱腰处位移和拱脚处应力的监测。

关键词： 人工填土滑坡   滑坡致灾因子   渗流场   耦合   应力场  

摘要： 伴随着各类工程建设的快速发展,一系列工程活动带来的人工填土不合理堆积问题愈发严重,且人工填土力学强度低、遇水稳定性差,人工填土失稳造成的滑坡灾害也屡见不鲜,严重威胁社会经济发展和人民的生命财产安全。人工填土滑坡内部的渗流场分布和岩土体物理性质是影响其失稳和变形的重要因素,至今仍是各国研究的重要地质问题之一。为此,本文以云南野生动物园表演场北侧羊胡子箐滑坡为典型人工填土滑坡案例,在对滑坡进行了详细的野外调查和室内外实验的情况下,利用层次分析法(AHP)对滑坡的致灾因子进行分析,再结合非饱和土的渗流和抗剪强度等理论,利用数值模拟方法对受灌溉用水和降雨等形成的瞬态渗流作用下的人工填土滑坡形成机理及稳定性进行研究。主要研究内容与结论如下:(1)利用层次分析法,确定了填土边坡失稳最主要的致灾因子是人工填土软弱层致灾因子和植被复绿灌溉致灾因子。在滑坡成因定性分析的基础上,选用层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)对滑坡进行定量评价分析,计算滑坡各条件系统和滑坡各致灾因子的权重值,根据权重值的大小关系,确定对滑坡失稳影响最为严重的成因系统和致灾因子。(2)分析结果表明,受植被复绿灌溉用水、降雨等形成的瞬态渗流作用是导致该滑坡发生破坏的主要原因。选用Geo-Studio2018数值模拟软件中的SEEP/W模块(渗流分析模块)并结合饱和-非饱和渗流基本理论对滑坡持续20天,瞬态渗流流量为60mm/d的渗流场进行分析。发现滑坡浅层在瞬态渗流作用下,前期孔隙水压力迅速增大,后期基本保持不变,也发现整个滑坡深层的孔隙水压力值几乎保持不变。(3)滑坡在渗流场急剧变化过程中应力场和位移场均在增大。在渗流场分析的基础上,结合渗流场-应力场耦合原理,将SEEP/W模块和SIGMA/W模块(岩土应力变形分析模块)相互耦合,分析滑坡在渗流场急剧变化过程中应力场的变化情况。分析发现滑坡浅层岩土体的最大剪应力、最大剪应变和XY位移均在增大。(4)在渗流场-应力场耦合分析的基础上,将SLOPE/W模块(滑坡稳定性分析模块)导入模型,对滑坡的稳定性进行探讨。分析发现滑坡在瞬态渗流过程中的稳定性与渗流时长呈反比,历时时间越长,滑坡稳定性系数越小,失稳可能性越大,并且前期稳定系数降幅比后期稳定性降幅大。A-A'和B-B'剖面斜坡模型在初始状态下,稳定性系数分别为1.143和1.115,均处于基本稳定状态。在经历20d的瞬态渗流作用下,稳定性系数变为1.014和0.994,分别处于欠稳定状态和不稳定状态。

关键词： 锂离子电池   有限元分析   电化学-热-力耦合   应力   容量衰退  

摘要： 随着锂离子电池技术的发展,锂离子电池已经被广泛地应用于我们的生产生活中。锂离子电池的工作过程是一个复杂的多物理场耦合过程,其中电化学场、温度场和应力场相互耦合,共同作用。本文旨在对锂离子电池的工作过程进行多物理场耦合建模,使用商业软件COMSOL Multiphysics对模型进行有限元求解,与已有实验结果进行对比验证,通过对模型的对比分析,突出考察了应力对锂离子电池工作过程的影响。 首先,本文基于传统的P2D（Pseudo-Two-Dimensional）模型,通过电极动力学、电荷守恒和质量守恒,建立锂离子电池工作过程的电化学模型,再利用能量守恒建立传热模型。值得指出的是,本文考虑了电极活性粒子在锂离子电池工作时内部产生的扩散诱导应力,电极活性粒子之间相互作用力和锂离子电池工作过程中的热应力,建立了一个多尺度耦合的固体力学模型。将上述三个模型耦合,得到锂离子电池电化学-热-力耦合模型。该模型较经典的P2D模型具有更高的精度。通过将该模型与经典P2D模型进行对比分析,观察到锂离子电池在放电初始阶段,应力使得其放电过程滞后。经过脉冲测试模拟,我们发现,该滞后是因为应力阻碍了Li+在电极活性粒子内部的输运过程。 然后,本文考察了锂离子电池工作过程中SEI的形成,并将其分为SEI生成和再生成两部分。将SEI形成过程的电极动力学方程添加入上述模型,描述锂离子电池循环过程中可循环Li+的减少过程,得到基于电化学-热-力耦合的锂离子电池容量衰退模型。数值分析发现在锂离子电池的循环过程中,SEI的生成是造成锂离子电池容量损失的主要原因。此外,结合锂离子电池工作过程中的应力分布,对锂离子电池工作过程中的电极动力学过程进行分析,充电过程中,负极受到的压应力会促进锂离子电池副反应的发生。 最后,本文基于上述多物理场耦合模型,对锂离子电池开展了参数分析和结构优化。考虑了温度和外部恒定载荷等环境因素对锂离子电池性能的影响。锂离子电池拥有较差的低温性能,在低温环境下,其工作电压降低且容量损失增大。此外,在低温下,锂离子电池温度变化更为剧烈。外部压应力使得锂离子电池呈现更大的容量损失。在锂离子电池结构方面,发现较小的电极活性粒子体积分数与较大的负极活性粒子半径有助于电池容量的保持,正极活性粒子半径则对其影响较小。 本文研究结果有助于揭示锂离子电池工作过程中应力对其电化学过程的影响机制,对锂离子电池的优化设计也具有一定的指导意义。

关键词： 激光透射焊接   聚合物焊接   螺旋焊接   温度场   应力场   响应曲面   工艺参数优化  

摘要： 激光透射焊接技术具有的诸多优势使其已广泛应用于聚合物之间的连接,然而当前激光透射焊接扫描路径单一,缺乏系统研究。本文首先使用直线、正弦、螺旋三个焊接路径对聚合物进行激光透射焊接实验研究与温度场数值模拟。随后对直线、螺旋路径焊接进行了热致应力数值模拟和盲孔法残余应力测量,对比两者残余应力形成过程与分布规律。最后对形成接头性能最优的螺旋路径焊接使用响应曲面法对其主要工艺参数组合进行数学建模与优化分析。主要的研究工作与成果归纳如下:首先,本文使用常用的直线路径与正弦、螺旋两种摆动路径对聚合物进行激光透射焊接对比实验,测量形成接头的强度,观察焊接后接头熔池形貌;利用ABAQUS仿真数值模拟软件进行直线、螺旋两种路径的温度场数值模拟;结合实验与温度场揭示不同焊接路径焊接后聚合物连接接头形成机理。实验结果表明,三种焊接路径中,通过螺旋路径焊接得到的接头性能最高,相比常用的直线路径焊接接头强度提高超过50%,而正弦路径焊接形成的接头性能最差。其中直线路径焊接形成熔池深宽比较小,玻纤较少;正弦路径焊接熔池中均存在大气泡,严重影响接头质量;而螺旋路径焊接形成的熔池均具有较高的深宽比,熔池中的玻纤含量更多,熔池中气泡产生率更低。温度场数值模拟结果表明,螺旋焊接路径比直线焊接路径具有更高的焊接稳定性;直线路径焊接初始位置温度较低,发生欠焊,末端位置温度较高,导致聚合物烧灼分解;而螺旋路径焊接过程中温度场较为均匀,实验中焊缝也未出现欠焊现象。综合来看螺旋路径焊接具有独特的优势性。其次,对直线与螺旋路径焊接过程的应力场进行数值模拟,并使用盲孔法测量两者残余应力。揭示了两者的热应力形成过程和残余应力分布规律。结果表明,在加热过程中,直线路径焊接熔池中应力呈现矩形前进,最大等效应力出现在焊缝两侧以及熔池后端两侧;螺旋路径焊接熔池中应力呈现拖尾状前进,最大等效应力出现在熔池前部激光首次经过的区域两端与熔池后端较远处的焊缝中;加热过程中螺旋路径焊接的各向压应力相比直线路径焊接分布更为均匀。在冷却过程中,直线路径焊接形成相对焊缝对称的残余应力分布,螺旋路径焊接形成两端呈现波浪状的残余应力分布。冷却完成后,直线路径焊接的横向上发现焊缝内均为拉应力,焊缝两侧为压应力;纵向上首尾两端与中间稳定位置形成较大的应力梯度。而螺旋路径焊接在横向上出现局部压应力;纵向上并不会在首位位置形成较大应力梯度,焊缝中少量位置会产生横向压应力,可以推断此处的疲劳强度有所提高。总之螺旋焊接具有更优的残余应力分布趋势。最后,对最优的螺旋路径焊接工艺参数进行了单因素实验研究,揭示了不同工艺参数对螺旋路径焊接性能的影响趋势,并为工艺参数优化提供基础。实验结果表明,焊接速度、螺旋周期和螺旋振幅对于螺旋路径焊接后接头强度均呈现先增后减的趋势;利用Design-Expert软件中响应曲面法建立了激光功率、焊接速度、螺旋振幅、螺旋周期对接头强度影响的数学模型,通过方差分析计算揭示出功率-速度、速度-振幅、速度-周期、振幅-周期这四组组合对接头强度的交互性影响最为显著。基于接头强度最高的优化准则,对四个工艺参数进行组合计算,得到的最优工艺参数组合,为以后的工业生产提供指导作用。本文结合实验与数值模拟分析了不同路径的激光透射焊接聚合物的接头形成机理,得出了最优路径为螺旋路径,并对其进行工艺参数优化分析,为今后激光透射焊接路径研究提供理论基础,并对实际生产提供了指导作用。