An optimal control problem for single-spot pulsed laser welding

离散化 点式的 最优控制 焊接 材料科学 有限元法 激光功率缩放 激光器 热方程 功率(物理) 点焊 机械 数学 数学优化 数学分析 复合材料 物理 光学 热力学
作者
Roland Herzog,Dmytro Strelnikov
出处
期刊:Journal of Mathematics in Industry [Springer Nature]
卷期号:13 (1) 被引量:5
标识
DOI:10.1186/s13362-023-00132-7
摘要

Abstract We consider an optimal control problem for a single-spot pulsed laser welding problem. The distribution of thermal energy is described by a quasilinear heat equation. Our emphasis is on materials which tend to suffer from hot cracking when welded, such as aluminum alloys. A simple precursor for the occurrence of hot cracks is the velocity of the solidification front. We therefore formulate an optimal control problem whose objective contains a term which penalizes excessive solidification velocities. The control function to be optimized is the laser power over time, subject to pointwise lower and upper bounds. We describe the finite element discretization of the problem and a projected gradient scheme for its solution. Numerical experiments for material data representing the EN AW 6082-T6 aluminum alloy exhibit interesting laser pulse patterns which perform significantly better than standard ramp-down patterns.
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