激光热处理技术是一种利用高能量密度激光来改善金属综合机械性能的表面改性技术,激光热处理数值模拟多数采用光斑能量呈高斯分布的圆形光斑,光斑中心具有最大的温度。与常规淬火硬度相比,激光热处理硬度较高,大大提高其耐磨性。在激光热处理工艺中,由于工件的变形极小,因此可以替代其他淬火工艺无法或者难以完成的某些工件或其局部部位的表面强化。本文以非线性结构钢为研究对象,采用有限元软件ANSYS Workbench对非线性结构钢温度场、残余应力场进行三维数值模拟,系统地讨论了了激光参数以及工件厚度和扫描路径对温度场、残余应力场的影响,主要内容及结论如下:对点热源加载产生的温度场和残余应力场进行分析,计算过程中考察了激光参数对结果的影响规律。研究发现,增加功率密度,可以显著改变加载区域的温度和温度梯度,有效提高表面的残余压应力;光斑尺寸主要影响温度梯度和表面残余压应力的分布,光斑半径越小,表面残余压应力分布越均匀;加载时间的增加对表面残余压应力和残余压应力层深度没有明显的改善。进一步计算不同激光参数下移动点热源处理材料表面的温度场和应力场,发现增大功率密度可以增加热处理区域宽度,功率密度越大,残余压应力层深度越大,厚度减小;扫描速度增加,温度变化速率变快,温度峰值降低,残余应力没有明显变化;光斑半径的增加使得表面残余应力分布更加平缓,残余压应力层的厚度减小,深度增加。分析工件厚度对计算结果的影响,发现工件厚度的变化对表面残余应力和残余压应力层的影响可以忽略。最后讨论了不同扫描方式对材料温度场和残余应力场的影响,发现往复和同向两种加载方式产生的温度场关于材料表面中心处的横向截面对称,加载路径对工件的残余应力场没有影响。