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基于ANSYS的镍钛合金心血管支架光纤激光切割温度场仿真

刘旭东 李志永 刘育辰 柴明霞 王永琪 高存福

刘旭东, 李志永, 刘育辰, 柴明霞, 王永琪, 高存福. 基于ANSYS的镍钛合金心血管支架光纤激光切割温度场仿真[J]. 制造技术与机床, 2022, (11): 45-51. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.11.007
引用本文: 刘旭东, 李志永, 刘育辰, 柴明霞, 王永琪, 高存福. 基于ANSYS的镍钛合金心血管支架光纤激光切割温度场仿真[J]. 制造技术与机床, 2022, (11): 45-51. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.11.007
LIU Xudong, LI Zhiyong, LIU Yuchen, CHAI Mingxia, WANG Yongqi, GAO Cunfu. Temperature field simulation of fiber laser cutting Nitinol stent based on ANSYS[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (11): 45-51. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.11.007
Citation: LIU Xudong, LI Zhiyong, LIU Yuchen, CHAI Mingxia, WANG Yongqi, GAO Cunfu. Temperature field simulation of fiber laser cutting Nitinol stent based on ANSYS[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (11): 45-51. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.11.007

基于ANSYS的镍钛合金心血管支架光纤激光切割温度场仿真

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.11.007
基金项目: 国家自然科学基金(51775321);山东省重点研发计划(公益类)项目(2017GGX30116)
详细信息
    作者简介:

    刘旭东,男,1996年生,硕士,研究方向为先进制造技术。E-mail:1330065095@qq.com

    通讯作者:

    李志永,男,1976年生,博士,教授,研究方向为特种加工技术、先进制造技术。E-mail:lzy761012@sdut.edu.cn

  • 中图分类号: TG485

Temperature field simulation of fiber laser cutting Nitinol stent based on ANSYS

  • 摘要: 为了研究光纤激光切割镍钛合金心血管支架过程中温度场分布情况,通过ANSYS有限元软件模拟建立了镍钛合金心血管支架三维仿真模型,运用APDL编程语言,实现高斯热源沿轨迹移动。采用单因素变量方法,探究激光功率、切割速度对不同切割轨迹温度分布以及变化的影响。结果表明,激光切割镍钛合金管时温度场分布近似为椭圆形,靠近热源中心处等温线分布较密集,远离热源中心等温线分布较稀疏。切割区域温度随激光功率的升高而增大,随切割速度的升高而降低。激光功率过大或切割速度过小时,会使熔渣在镍钛合金管内表面堆积严重。激光功率过小或切割速度过大时,会导致传递到管壁的热量不足,工件难以切透。仿真结果对实际切割参数的选取提供依据。

     

  • 图  1  镍钛合金管切割示意图

    图  2  网格划分

    图  3  不同时刻温度场分布图

    图  4  不同激光功率下各节点温度变化曲线图

    图  5  不同切割速度下各节点温度变化曲线图

    图  6  TLS-HT1100型微秒光纤激光湿式切割系统

    图  7  不同激光功率下支架表面微观形貌图

    图  8  不同切割速度下支架表面微观形貌图

    表  1  镍钛合金性能参数

    密度/
    (g/cm3)
    弹性
    模量/
    GPa
    泊松比线膨胀
    系数/
    −1
    熔化
    温度/
    热导率/
    (W/(cm·℃))
    比热容/
    (J/(g·℃))
    6.45母相:83
    马氏体:28~41
    0.33母相:11×10−6
    马氏体:6.6×10−6
    1240~1310母相:0.18
    马氏体:0.086
    0.84
    下载: 导出CSV

    表  2  光纤激光器参数

    波长/nm光斑
    直径/μm
    脉冲
    宽度/μm
    脉冲
    功率/W
    脉冲
    频率/Hz
    切割
    速度/(mm/s)
    1050~125016>850~1500~100001~10
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-05-09
  • 录用日期:  2022-08-11
  • 网络出版日期:  2022-10-28

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