基于VTK的激光焊接數(shù)值模擬可視化系統(tǒng)的研究與開發(fā).pdf

1、激光焊接是一種高能束流加工方法，其優(yōu)點主要有焊接效率高、飛濺少、熱影響區(qū)小、焊縫成形均勻等。從上世紀(jì)九十年代初期開始，激光焊接逐漸成為了連接精密敏感、幾何形狀復(fù)雜等工件的專用焊接方式。同時，激光焊接也是一個快速而不均勻的熱循環(huán)過程，焊接過程中的傳熱、傳質(zhì)以及熔池流動影響并決定了焊接接頭的組織與性能。因此，研究各工藝參數(shù)對焊接質(zhì)量的影響是焊接研究的重點。但是，僅靠焊接工藝實驗無法很好定量地分析焊接過程中的物理傳輸機(jī)制，數(shù)值模擬技術(shù)在激光焊

2、接中的應(yīng)用隨之而生。隨著計算機(jī)軟、硬件的迅速發(fā)展，計算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)在激光焊接領(lǐng)域里得到了初步的應(yīng)用，推動了激光焊接技術(shù)不斷地向前發(fā)展。通過建立復(fù)雜的焊接過程物理模型，借助于高效的算法，用計算機(jī)程序來模擬實驗過程，能夠獲得實驗方法難以得到的熔池內(nèi)部溫度、壓力分布信息以及熔池流動行為等重要數(shù)據(jù)。激光焊接數(shù)值模擬會產(chǎn)生大量的分析數(shù)據(jù)，對于研究人員和工藝人員來說，他們所關(guān)心的是這些數(shù)據(jù)之間內(nèi)在的聯(lián)系和規(guī)律。這時，就需要依靠數(shù)值模擬可視化系統(tǒng)來

3、對結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化。可視化系統(tǒng)將這些抽象、枯燥的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為更利于人們理解的圖形、圖像，有助于研究人員和工藝人員更加直觀地觀察和理解焊接的微區(qū)傳熱、傳質(zhì)以及流動過程。目前，尚無專門針對激光焊接數(shù)值模擬可視化系統(tǒng)的研究。
　　 本文基于激光焊接數(shù)值模擬，選擇可視化圖形開發(fā)工具包VTK(Visualization Toolkit)作為算法基礎(chǔ)，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，開發(fā)出一款激光焊接熔池流動數(shù)值模擬專用的三維可視化系統(tǒng)。首先，研究了可視

4、化圖形工具包VTK的類層次結(jié)構(gòu)、圖形算法的封裝機(jī)制以及圖形繪制流水線機(jī)理，解決了可視化算法的問題。其次，對可視化圖形工具包VTK的數(shù)據(jù)讀取接口進(jìn)行擴(kuò)展，開發(fā)了激光焊接數(shù)值模擬計算分析結(jié)果數(shù)據(jù)專用的數(shù)據(jù)讀取接口。最后，詳細(xì)給出了激光焊接數(shù)值模擬可視化系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)方法，實現(xiàn)了運動熔池溫度場、流動場以及其他海量物理場數(shù)據(jù)的實時讀取、動態(tài)顯示和微區(qū)分析，并支持三維圖形的基本操作以及體繪制、等值面渲染等高級可視化圖形算法。應(yīng)用實例表明，基于V