本文關(guān)鍵詞：選區(qū)激光熔化TiNi形狀記憶合金熱—力耦合數(shù)值模擬及實驗研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：選區(qū)激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技術(shù)作為一種典型的增材制造技術(shù)(Additive Manufacturing,AM),目前已得到了廣泛的關(guān)注并逐漸應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和實際生活中。在SLM成形過程中,粉床局部經(jīng)歷了快速加熱/冷卻的過程,導(dǎo)致了成形件應(yīng)力與應(yīng)變的產(chǎn)生。殘余應(yīng)力與應(yīng)變嚴重影響材料的成型性,并降低成形件的尺寸精度和性能�；谝陨显�,研究SLM成形過程的溫度場和應(yīng)力場對優(yōu)化加工工藝、提高成形件性能有著重要意義。本文以ANSYS有限元分析軟件為平臺,對SLM成形Ti-Ni雙組元粉末的熱-力耦合場進行了動態(tài)模擬。在本文的研究中,采用高斯熱源模型實現(xiàn)激光熱源的持續(xù)移動加載,綜合考慮了不同溫度條件下的材料熱物性參數(shù)和相變行為,重點研究了不同激光工藝參數(shù)(激光功率和掃描速度)對SLM成形過程溫度場熱行為和熔池形狀的影響。研究發(fā)現(xiàn),粉床的溫度隨激光功率的增大和掃描速度的減小而增大,熔池尺寸隨激光工藝的變化呈現(xiàn)非線性變化。當激光功率為200 W和掃描速度為100 mm/s時,熔池的深度(63μm)和寬度(81μm)較為合適。在溫度場研究的基礎(chǔ)上,采用間接熱-力耦合和材料單元屬性變換相結(jié)合的方法,進一步研究了激光工藝參數(shù)對熱應(yīng)力演變規(guī)律和殘余應(yīng)力分布的影響。在選定合適的工藝參數(shù)后,分析了同一制件在不同位置的應(yīng)力變化情況。研究結(jié)果表明:熱應(yīng)力隨激光熱源的移動而不斷變化,熔池附近區(qū)域呈現(xiàn)出壓應(yīng)力,已成形區(qū)域呈現(xiàn)出拉應(yīng)力。激光加熱過程完成后,制件的邊緣處殘余應(yīng)力較大。且隨著激光功率和掃描速度的均勻增加,殘余應(yīng)力值非線性增加。在數(shù)值模擬研究的基礎(chǔ)上,進行相應(yīng)的SLM實驗制備TiNi合金試樣,觀察在不同工藝參數(shù)條件下和不同位置處的顯微組織形貌,采用顯微硬度法測量相應(yīng)位置處的殘余應(yīng)力值。發(fā)現(xiàn)實驗測量值與數(shù)值模擬結(jié)果基本吻合,數(shù)值模擬能夠在一定程度上預(yù)測激光工藝參數(shù)對成形件殘余應(yīng)力分布的影響。
【關(guān)鍵詞】：選區(qū)激光熔化 TiNi合金 熱-力耦合場 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG139.6
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注釋表12-13
• 縮略詞13-14
• 第一章 緒論14-28
• 1.1 引言14
• 1.2 AM工藝的分類及特點14-19
• 1.2.1 激光金屬沉積（LMD）15-16
• 1.2.2 選區(qū)激光燒結(jié)（SLS）16-18
• 1.2.3 選區(qū)激光熔化（SLM）18-19
• 1.3 SLM成形工藝特點19-23
• 1.3.1 SLM技術(shù)優(yōu)點19
• 1.3.2 SLM技術(shù)工藝關(guān)鍵點19-23
• 1.4 鈦鎳形狀記憶合金材料23
• 1.5 數(shù)值模擬方法23-24
• 1.6 SLM技術(shù)溫度場和應(yīng)力場研究現(xiàn)狀24-25
• 1.7 本課題主要研究內(nèi)容25-28
• 第二章 SLM過程有限元分析理論基礎(chǔ)28-37
• 2.1 溫度場數(shù)值模擬的基本理論28-33
• 2.1.1 SLM過程溫度控制方程28-29
• 2.1.2 熱流方程的離散化29-30
• 2.1.3 激光熱源模型30-31
• 2.1.4 邊界條件與初始條件31-32
• 2.1.5 潛熱的處理32-33
• 2.2 應(yīng)力場數(shù)值模擬的基本理論33-35
• 2.2.1 熱彈塑性基本理論33
• 2.2.2 屈服準則33-34
• 2.2.3 流動準則34
• 2.2.4 強化準則34-35
• 2.3 熱-力耦合分析35
• 2.4 材料參數(shù)35-37
• 第三章 SLM過程溫度場的數(shù)值模擬37-46
• 3.1 溫度場有限元模型設(shè)置37-38
• 3.1.1 生死單元技術(shù)37
• 3.1.2 數(shù)學(xué)模型建立37-38
• 3.2 溫度場結(jié)果與分析38-45
• 3.2.1 不同工藝參數(shù)下的溫度場分布38-41
• 3.2.2 不同工藝參數(shù)下的熔池特點41-42
• 3.2.3 不同工藝參數(shù)下的熱行為特點42-44
• 3.2.4 不同工藝參數(shù)下的冷卻率特點44-45
• 3.3 本章小結(jié)45-46
• 第四章 SLM過程應(yīng)力場的數(shù)值模擬46-66
• 4.1 應(yīng)力場求解設(shè)置46-47
• 4.2 模型的設(shè)置47-48
• 4.3 應(yīng)力場模擬結(jié)果與分析48-64
• 4.3.1 激光過程應(yīng)力應(yīng)變分析48-50
• 4.3.2 不同激光功率條件下應(yīng)力場的分布50-54
• 4.3.3 不同掃描速度條件下應(yīng)力場的分布54-57
• 4.3.4 應(yīng)力場熱行為特點分析57-60
• 4.3.5 應(yīng)力場分布特點60-62
• 4.3.6 殘余應(yīng)力形成機制62-64
• 4.4 本章小結(jié)64-66
• 第五章 SLM成形實驗及殘余應(yīng)力測試66-78
• 5.1 SLM實驗所用粉末體系66-67
• 5.1.1 粉末體系成分66-67
• 5.1.2 粉末材料制備67
• 5.2 SLM實驗過程67-68
• 5.3 殘余應(yīng)力測試與分析68-70
• 5.3.1 顯微硬度法測量原理69-70
• 5.3.2 顯微硬度測量方法70
• 5.4 實驗結(jié)果與分析70-76
• 5.4.1 激光功率對成形件致密度的影響70-72
• 5.4.2 激光掃描速度對表面形貌的影響72-73
• 5.4.3 成形件不同部位的顯微組織結(jié)構(gòu)73-75
• 5.4.4 應(yīng)力測試結(jié)果與模擬結(jié)果的比較75-76
• 5.5 本章小結(jié)76-78
• 第六章 結(jié)論78-80
• 參考文獻80-92
• 致謝92-93
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文93

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  本文關(guān)鍵詞：選區(qū)激光熔化TiNi形狀記憶合金熱—力耦合數(shù)值模擬及實驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：291467