激光切割石油筛管中的热应力问题研究

摘要：本文针对激光切割石油筛管过程中的热应力场和热位移场进行了理论研究。在求解数学模型中考虑了热膨胀系数随度变化的特点，应用有限元法，数值求解了激光切割这种高能流密度、移动点热源所形成的热应力场和热位移场，从而定量研究了痧管热变形的大小。

热源所形成的热应力场和热围移场，从而定量研究了筛管热变形的大小。

1、引言

在工程实际中，当物体受到整体约束时，由于不能随温度变化而自由地膨胀、收缩，就产生了应力。由此可知，激光切割石油筛管时，由于激光加热而使得管材产生不均匀的温度分布，若取管材的一部分来考虑，因温度不同的相邻接部分的影响，也会使膨涨和收缩受到约束，从而产生热应力。激光切割石油筛管产生热应力的同时产生热变形，热变形可视为热弹性理论的作用范围。热弹性理论的任务就是研究物体因温度改变而产生的弹性范围内的应力、应变和位移。本文就激光切割石油筛管过程中产生的热应力场和热位移场进行了理论研究。

2、数学模型的建立

本文激光切割石油筛管的热变形问题当作热弹性问题来处理。热弹性理论与一般弹性理论类似，也是从静力学(动力学)、几何学和物理学三方面出发，来考虑建立基本方程。为了建立数学模型，特作如下假设:

(1)激光切割石油筛管引起的热变形属于热弹性问题。

(2)石油筛管是各向同性的，弹性模盘、泊松比看作不随温度而改变。

(3)筛管除下面断面的四个角节点外，都是自由的。