本文關(guān)鍵詞：移動熱源作用下選擇性激光熔化金屬粉末的溫度場有限元分析

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【摘要】：選擇性激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)作為快速成型技術(shù)(Rapid Prototyping and Manufacturing, RPM)的重要分支,因其制造精度高,可快速加工金屬等熔點較高的材料并生成工藝復(fù)雜的零件而備受關(guān)注。但是由于工藝技術(shù)的限制,SLM在加工金屬材料時仍存在球化、變形等許多缺陷,而僅僅通過實驗的方法探索需要消耗大量的財力、人力,因此數(shù)值模擬方法受到越來越多的關(guān)注。通過數(shù)值模擬的方法研究SLM過程中溫度場和熔池尺寸的變化規(guī)律可以預(yù)測工藝參數(shù)以及材料性能等因素對溫度場和熔池尺寸的影響,降低實驗次數(shù),減小成本,為實驗操作提供理論依據(jù)。本文針對TiAl6V4材料,建立了包含移動熱源的能量守恒方程,其中材料的熱物性參數(shù)隨時間呈現(xiàn)非線性變化,且在不同的溫度區(qū)域內(nèi)動態(tài)變化。通過建立有限元模型,采用有限元方法求解SLM過程的溫度場,獲得了溫度場和熔池的變化規(guī)律,并通過前人的實驗和數(shù)值模擬工作驗證了本文中的模型和實驗方法的正確性。文中詳細討論了線性能量密度(Laser Energy Density, LED)、掃描路徑長度、掃描路徑間距、相鄰路徑的時間間隔、是否使用基板對溫度場和熔池尺寸的影響,并且深入研究了掃描過程中各個點的溫度變化規(guī)律和最高溫度隨時間的變化歷程,并且對比了模擬過程中是否考慮材料的體積皺縮對結(jié)果的影響。研究結(jié)果表明,增加激光功率或者降低掃描速度都可以增加LED的值,從而提高溫度場中的溫度和增加熔池尺寸,但是激光功率比掃描速度對結(jié)果的影響更加明顯；縮短掃描路徑和減小相鄰路徑之間的間距都可以提高熔池溫度,縮短相鄰路徑之間的時間間距可以減小溫度梯度；掃描時采用基板可以使熔池更好地鋪展,且熱量可以及時的擴散,有利于接下來的掃描和鋪粉；模擬時無論是否考慮材料的體積皺縮,其對表面的溫度場的影響是一樣的,但是考慮體積皺縮時熔池內(nèi)部的平均溫度明顯升高,熔池尺寸也更接近于實際情況。
【關(guān)鍵詞】：選擇性激光熔化 有限元 溫度 熔池尺寸
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH16
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 引言9-10
• 1.2 SLM國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 SLM的工藝缺陷12-13
• 1.3.1 球化12
• 1.3.2 裂紋12-13
• 1.4 數(shù)值模擬的優(yōu)勢13-14
• 1.5 本文的研究內(nèi)容及研究意義14-15
• 第2章 SLM過程熱分析15-20
• 2.1 SLM過程的特點15
• 2.2 SLM過程的影響因素15-18
• 2.2.1 材料特性15-16
• 2.2.2 工藝參數(shù)16-18
• 2.3 粉體熱物性參數(shù)變化規(guī)律18-19
• 2.4 本章小結(jié)19-20
• 第3章 SLM過程溫度場有限元分析20-30
• 3.1 熱傳導(dǎo)方程20-22
• 3.2 非線性有限元方程22-23
• 3.3 SLM溫度場有限元模型23-25
• 3.4 初始條件和邊界條件25-27
• 3.5 模型驗證27-29
• 3.6 本章小結(jié)29-30
• 第4章 溫度場模擬結(jié)果分析30-43
• 4.1 LED對溫度場的影響30-33
• 4.2 溫度場分布規(guī)律33-38
• 4.3 基板的影響38
• 4.4 體積皺縮的影響38-41
• 4.5 本章小結(jié)41-43
• 第5章 結(jié)論與展望43-46
• 5.1 研究結(jié)論43-44
• 5.2 主要創(chuàng)新44
• 5.3 展望44-46
• 參考文獻46-50
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果50-51
• 致謝51

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本文編號：601035