熔化極氣體保護電弧（Gas metal arc,GMA）填絲增材制造技術具有設備成本低、堆積效率高、成形件力學性能好等優(yōu)點,廣泛應用于復雜金屬構件制造和修復領域。然而,GMA增材制造過程熱輸入大,工藝參數(shù)較多,對堆積層的尺寸和形狀優(yōu)化困難。而堆積過程中,堆積層的形狀和尺寸與熔池中熱傳輸和流體流動息息相關�；诖�,本文采用數(shù)值模擬方法針對GMA增材制造熔池溫度場及流場分布特性進行分析,預測熔池尺寸和形狀,揭示成形過程熔池中的傳熱傳質特性,并探討工藝參數(shù)對熔池熱場及流場分布的影響,為實現(xiàn)高效率、高質量薄壁件增材制造建立理論基礎。本文綜合考慮了氣-液-固三相耦合及熔滴與熔池的交互作用,基于FLUENT仿真軟件,建立了不銹鋼GMA增材制造三維瞬態(tài)熔池流動數(shù)值模型。對軟件進行二次開發(fā),考慮材料的熱物理性能及相變潛熱等因素,將熔滴視作從熔池上方以一定速度周期性流入的高溫液態(tài)金屬,探討不銹鋼GMA增材制造瞬態(tài)沉積過程中的熱場和流場分布特性。并開展工藝實驗獲得堆積層宏觀形貌圖,以驗證模型的可行性。數(shù)值分析結果表明,隨堆積過程進行,基板上的溫度逐漸升高,高溫區(qū)域逐漸增大,溫度梯度減小,熔池中心溫度逐漸增... 

【文章來源】：西南交通大學四川省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 電弧增材制造研究現(xiàn)狀
        1.2.2 電弧增材制造過程數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀
        1.2.3 FLUENT數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要研究內容
第2章 GMA增材制造計算理論與模型
    2.1 計算流體動力學
    2.2 FLUENT系統(tǒng)簡介
        2.2.1 FLUENT求解器及運行環(huán)境
        2.2.2 關鍵物理模型
    2.3 GMA增材制造的數(shù)值模型
        2.3.1 數(shù)學模型
        2.3.2 幾何模型
        2.3.3 定義材料性能
        2.3.4 初始條件及邊界條件
        2.3.5 方程源項
        2.3.6 熔滴模型
        2.3.7 源項的加載
        2.3.8 求解方法
    2.4 本章小結
第3章 GMA增材制造熔池模擬結果與實驗驗證
    3.1 熔池溫度場分析
        3.1.1 三維溫度場演變
        3.1.2 熔池縱截面溫度場分布
        3.1.3 熔池橫截面溫度場分布
    3.2 熔池流場分析
        3.2.1 熔池縱截面流場分布
        3.2.2 熔池橫截面和上表面流場分布
    3.3 實驗驗證
    3.4 本章小結
第4章 工藝參數(shù)對GMA增材制造熔池熱場及流場的影響
    4.1 不同行走速度下GMA增材制造熔池熱場及流場分析
        4.1.1 行走速度對堆積層形貌的影響
        4.1.2 行走速度對熔池溫度場的影響
        4.1.3 行走速度對熔池流場的影響
    4.2 不同堆積電流下GMA增材制造熔池熱場及流場分析
        4.2.1 堆積電流對堆積層形貌的影響
        4.2.2 堆積電流對熔池溫度場的影響
        4.2.3 堆積電流對熔池流場的影響
    4.3 本章小結
結論
致謝
參考文獻
攻讀碩士學位期間學術成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于FLUENT軟件的GMAW焊熔池動態(tài)行為數(shù)值分析模型[J]. 張世亮,胥國祥,曹慶南,潘海潮,李鵬飛.  焊接學報. 2018(02)
[2]基板厚度對電弧熔積成形應力場及基板翹曲變形的影響[J]. 王桂蘭,梅飛翔,張海鷗,周祥曼.  熱加工工藝. 2017(11)
[3]電弧增材成形中熔積層表面形貌對電弧形態(tài)影響的仿真[J]. 周祥曼,張海鷗,王桂蘭,柏興旺.  物理學報. 2016(03)
[4]電弧增材制造研究現(xiàn)狀及在航空制造中應用前景[J]. 熊江濤,耿海濱,林鑫,黃丹,李京龍,張賦升.  航空制造技術. 2015(Z2)
[5]鋁合金電弧增材制造焊道寬度尺寸預測[J]. 柏久陽,王計輝,林三寶,楊春利.  焊接學報. 2015(09)
[6]激光+GMAW復合熱源焊流體流動數(shù)值分析模型[J]. 胥國祥,張衛(wèi)衛(wèi),馬學周,杜寶帥.  焊接學報. 2015(07)
[7]金屬增材制造技術在航空領域的發(fā)展與應用[J]. 鞏水利,鎖紅波,李懷學.  航空制造技術. 2013(13)
[8]國外金屬零部件增材制造技術發(fā)展概述[J]. 黃秋實,李良琦,高彬彬.  國防制造技術. 2012(05)
[9]金屬零件直接快速制造技術及發(fā)展趨勢[J]. 張海鷗,王超,胡幫友,蔣疆,鄒海平,王桂蘭.  航空制造技術. 2010(08)
[10]基于TIG堆焊技術的低碳鋼零件精密快速成形[J]. 李玉龍,張華,張光云,徐建寧.  焊接學報. 2009(09)

博士論文
[1]焊接熔池的流體動力學行為及凝固組織模擬[D]. 趙玉珍.北京工業(yè)大學 2004

碩士論文
[1]鋁合金激光+GMAW復合熱源焊接熔池動態(tài)行為數(shù)值分析[D]. 曹慶南.江蘇科技大學 2017
[2]窄間隙雙纜式GMAW熔池流體行為研究[D]. 冷昊凱.江蘇科技大學 2017
[3]基于CMT的鋁合金電弧增材制造（3D打�。┘夹g及工藝研究[D]. 張瑞.南京理工大學 2016
[4]熱絲K-PAW電弧—熔滴耦合研究[D]. 付志偉.江蘇科技大學 2016
[5]熱絲K-PAW焊接熔池—小孔熱場與流場動態(tài)行為的數(shù)值分析[D]. 劉書高.江蘇科技大學 2014
[6]基于FLUENT的雙絲焊焊接熔池熱場及流場數(shù)值模擬研究[D]. 張翔.太原科技大學 2014
[7]TIG焊三維熔池的數(shù)值模擬[D]. 霍宏偉.蘭州理工大學 2013



本文編號：3167299