学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

送粉式激光熔覆温度场的有限元模拟

作　者: 高爱兵
导　师: 胡夏夏；骆芳
学　校: 浙江工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 激光熔覆温度场 ANSYS 高斯热源模型端部效应
分类号: TG174.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 109次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

激光熔覆是一种具有良好应用前景的表面处理技术。它是表面改性和快速成形的一种重要方法,引起了越来越多的关注。由于激光熔覆熔池尺寸较小,温度极高,包含了极为复杂的热物理过程和微观组织结构的生成等过程,还涉及潜热作用,快速凝固过程等问题,用实验方法来测量熔池中液体的温度分布是非常困难的。因此,采用数值模拟对激光熔覆的温度场进行研究的方法一直受到国内外专家学者的重视。本文研究的主要内容有:1.在熔覆层厚度相对较薄的情况下,激光热源穿透性的影响可以忽略,采用高斯热源模型来处理多道搭接的熔覆过程是比较合适的。本论文中的熔覆层厚度为1.01 mm,选择高斯热源模型作为激光的热源模型是比较合适的。2.利用ANSYS中的单元生死法实现了送粉式熔覆过程中的动态送粉过程,在熔覆层单元面上添加了一层SURF152表面热效应单元,并在其上面施加一定大小的热流密度来考虑空气的对流系数。3.通过模拟计算得到熔覆过程中的温度场分布情况。经分析表明:熔覆层的始端和末端的温度非常高,造成了覆层始端和末端出现局部高温的现象。这种在各道熔覆层的始端和末端出现局部高温的现象,称为端部效应。4.通常解决端部效应的问题有两种方案:一种是外接材料;另外一种是预留方案。采用相同的工艺条件和几何模型,对熔覆过程进行了对比性的数值模拟。经过两次模拟结果的对比,发现预留方案较好的解决了端部效应所带来的不良影响。5.通过相应的激光熔覆实验较好的验证了模拟的可靠性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 选题背景  10-12
  1.2 激光熔覆有限元分析的研究现状  12-15
    1.2.1 国外研究现状  12-13
    1.2.2 国内研究现状  13-15
  1.3 激光熔覆存在的问题及发展的方向  15-16
  1.4 课题研究的意义及主要内容  16-18
第2章有限元模型的建立  18-31
  2.1 引言  18
  2.2 几何模型  18-21
  2.3 材料性能参数  21-25
  2.4 单元类型的选择  25-26
  2.5 网格划分  26-28
  2.6 生死单元技术  28-30
  2.7 本章小结  30-31
第3章激光熔覆的热场分析及热源模型  31-41
  3.1 激光熔覆传热模型  31-33
    3.1.1 激光熔覆过程中的热传导  31
    3.1.2 激光熔覆过程中的对流  31-32
    3.1.3 激光熔覆过程中的辐射  32-33
  3.2 激光熔覆传热基本方程  33-34
  3.3 激光热源模型选取  34-40
    3.3.1 高斯面热源模型  34-36
    3.3.2 半球状功率密度分布热源  36
    3.3.3 双椭球体热源模型  36-38
    3.3.4 均匀分布高斯圆柱热流分布  38
    3.3.5 峰值热流沿深度衰减的高斯柱体热源  38-39
    3.3.6 本课题的热源模型  39-40
  3.4 本章小结  40-41
第4章激光熔覆温度场有限元分析  41-60
  4.1 基本方程的解法  41-42
    4.1.1 空间域的离散  41-42
    4.1.2 时间域的离散  42
    4.1.3 基本方程的求解  42
  4.2 激光熔覆温度场分析流程  42-43
  4.3 多道激光熔覆过程的温度场求解  43-45
    4.3.1 设定载荷步选项  44-45
    4.3.2 设定瞬态积分参数和使用线性搜索  45
  4.4 多道激光熔覆过程的温度场的后处理及结果分析  45-54
    4.4.1 ANSYS后处理器  45
    4.4.2 多道激光熔覆温度场结果分析  45-54
  4.5 端部效应的研究  54-59
    4.5.1 模拟结果分析  55-59
  4.6 本章小结  59-60
第5章激光熔覆温度场的实验研究  60-71
  5.1 激光和数控机床系统  60-61
  5.2 粉末输送系统  61-64
    5.2.1 送粉器和分配器  62-63
    5.2.2 同轴送粉喷嘴  63-64
  5.3 工艺参数集中控制系统  64-65
  5.4 测试设备与测试方法  65-67
    5.4.1 测试方法  65-66
    5.4.2 监测设备  66-67
  5.5 实验研究  67-70
    5.5.1 未采用预留方案的熔覆实验  67-69
    5.5.2 采用预留方案的熔覆实验  69-70
  5.6 本章小结  70-71
第6章结论与展望  71-73
  6.1 结论  71-72
  6.2 展望  72-73
参考文献  73-76
致谢  76-77
攻读学位期间参加的科研项目和成果  77

送粉式激光熔覆温度场的有限元模拟

内容摘要

全文目录

相似论文