激光熔化沉積（Laser Melting Deposition,LMD）技術是一種新型的激光增材制造（Laser Additive Manufacturing,LAM）技術,具有十分廣闊的應用前景。然而,LMD成形是一個局部快速加熱并冷卻的非穩(wěn)態(tài)過程,其引起的溫度場和應力場極其復雜,容易導致部件產生較大殘余應力和裂紋等缺陷�；诖�,本文以核電應急柴油機凸輪軸用12CrNi2合金鋼材料為研究對象,采用數(shù)值模擬和實驗相結合的方法,使用ANSYS的參數(shù)化設計語言（ANSYS Parametric Design Language,APDL）編寫 了移動熱源程序,并利用單元生死技術實現(xiàn)了金屬粉末的同步添加過程,建立了LMD過程溫度場、應力場有限元分析模型,重點研究了不同工藝參數(shù)（打印方式、激光功率、打印速度、預熱溫度）下LMD過程溫度場及應力場分布規(guī)律,對解決高性能合金鋼構件激光增材制造控形控性這一關鍵科學問題具有重要指導意義。本文主要研究內容和結論如下:（1）開展了 12CrNi2合金鋼LMD實驗研究,獲得較優(yōu)的工藝參數(shù),并對沉積層的宏觀和微觀形貌進行了觀察分析。研究發(fā)現(xiàn),較優(yōu)的工藝參數(shù)為激光... 

【文章來源】：北京化工大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２－１?ＬＭＤ過程中粉末與激光相互作用示意圖［２３］??Ｆｉｇ．２－１?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｐｏｗｄｅｒ?ａｎｄ?ｌａｓｅｒ?ｉｎ?ＬＭＤ?ｐｒｏｃｅｓｓ??

?北京化工大學碩士學位論文???圖２－２表示激光高斯輻射分布圖，在某一激光功率下，隨著粉末送粉速率的增加，??粉末流平均溫度的會降低，激光能量逐漸衰減。由圖可知激光功率衰減很明顯，在激??光束中心，衰減后的激光功率與原始激光功率之比是最低的，這表明更多的能量被距??離激光束中心最近的粉末吸收，甚至在金屬粉末下落過程中就發(fā)生了熔化［２３，７４，７５］。作??者在本文所采用送粉速率為ｌｌｇ／ｍｉｍ以圖２－２中的數(shù)據為參考，確定穿過粉末到達??基板表面的能量約占激光總輸入能量的０．７５￣０．７８。??０．９???——???????｜?６ｇｒ／ｍｍ???一－一＇??０．８５?一??｜?Ｚ＾??－０．８?－?＿???？?一－－?—??３?１０?ｇｒ／ｔｒＵｎ?，１??Ｓ?一一，??２〇．７Ｓ?—?一一??〇??ｔｃ??０?０．１?０．２?０．３?０．４?０．５?０．６?０．７??Ｒａｄｉａｌ?Ｄｉｓｔａｎｃｅ?ｔｏ?Ｌａｓｅｒ?Ｂｅａｍ?Ｃｅｎｔｅｒ?（ｍｍ）??圖２－２高斯輻射分布圖Ｍ??Ｆｉｇ．２－２?Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ａ?Ｇａｕｓｓｉａｎ?ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ??２．１．２激光與基板的相互作用??由上一節(jié)的討論可知，穿過粉末流到達基板表面的能量＆約占激光總能量的??０．７５￣０．７８，但是這一部分能量也沒有全部被沉積過程所吸收。４５號鋼金屬基板表面對??激光有一定的反射作用，一般在建模過程中通過引入一個激光表面耦合系數(shù)或者特征??吸收率（吸收系數(shù)）來近似計算熔池區(qū)域所吸收的激光功率。耦合系數(shù)范圍在０．１５??到０．５之間，它取決于所使用的激光類

?第二章激光熔化沉積有限元分析理論???２．４激光熔化沉積有限元計算模型??２．４．１熱源模型??ＬＭＤ過程中，位于光斑范圍內的金屬材料被激光束加熱熔化，激光束的能量密??度服從高斯分布，最大的能量密度位于光斑中心處，激光能量密度隨著遠離光斑中心??而持續(xù)衰減，故激光熱源模型選擇與此相符的高斯面熱源，如圖２－４所示。??Ａ??％??圖２－４高斯熱源模型示意圖??Ｆｉｇ．２－４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?Ｇａｕｓｓｉａｎ?ｈｅａｔ?ｓｏｕｒｃｅ?ｍｏｄｅｌ??高斯熱源模型數(shù)學表達式為：??３ｒｉＰ?３ｒ２??＾ｒ（ｒ）?＝?－＾ｅｘｐ（－—）?（２－２４）??ｎＫ?ｋ??式中，以ｒ）——激光熱流密度，Ｗ／ｍ２；??Ｒ?激光光斑半徑，ｍ；??ｒｊ——激光能量吸收率；??Ｐ——激光功率，Ｗ；??ｒ—計算點到熱源中心的距離，ｍ。??２．４．２相變潛熱??在ＬＭＤ過程中，存在固相一液相一固相的轉變，期間材料會不斷吸收或者釋放??大量的熱量稱之為相變潛熱。因此，在建立有限元模型時必須考慮相變潛熱的問題。??ＡＮＳＹＳ處理潛熱的方法為熱焓法，即采用隨溫度變化的熱焓法來定義潛熱，其表達??式為：??１９??

【參考文獻】：
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碩士論文
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本文編號：3330741