激光增材制造技術(shù),又稱“3D打印”,是目前最具潛力的先進(jìn)制造技術(shù)之一,因其獨(dú)特的“分層制造,逐層疊加”的加工方式,尤其適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的直接成形與再制造,在航空航天、船舶、生物醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。然而,由于激光增材制造涉及的物理過(guò)程復(fù)雜、影響因素眾多,要制造出高精度、組織及性能優(yōu)異的成形件仍存在極大的挑戰(zhàn)。目前,尚存在成形缺陷多、凝固組織可控性差等問(wèn)題,而這些問(wèn)題均與熔池表面及內(nèi)部的動(dòng)態(tài)特征密切相關(guān)。針對(duì)上述問(wèn)題,本文以Inconel 718鎳基高溫合金為研究對(duì)象,通過(guò)分析與簡(jiǎn)化激光增材制造過(guò)程中光粉耦合、傳熱傳質(zhì)等過(guò)程,建立和完善三維瞬態(tài)激光增材制造數(shù)值模型,探究不同工藝參數(shù)對(duì)氣液界面、溫度參數(shù)及凝固特征參數(shù)（溫度梯度G、凝固速率R、冷卻速率G×R）的影響規(guī)律及機(jī)理,指導(dǎo)工藝優(yōu)化,為零件制造提供依據(jù)和理論基礎(chǔ)。具體研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:（1）分析了氣液界面受力情況,研究了各力對(duì)氣液界面影響程度,并建立了自由表面能控制平衡方程。結(jié)果表明:平衡狀態(tài)下,表面張力是形成氣液界面形貌的主要作用力;模擬了氣液界面演化過(guò)程,模擬的熔覆層表面形貌及尺寸參數(shù)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合,驗(yàn)證了本文數(shù)值模型... 

【文章頁(yè)數(shù)】：75 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
符號(hào)表
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 研究背景及意義
        1.2.1 激光增材制造技術(shù)
        1.2.2 激光增材制造數(shù)值模擬
    1.3 激光增材制造數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀
        1.3.1 光粉耦合研究現(xiàn)狀
        1.3.2 熔池行為研究現(xiàn)狀
    1.4 激光增材制造Inconel 718鎳基高溫合金研究現(xiàn)狀
    1.5 論文研究?jī)?nèi)容
第2章 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及數(shù)值模擬
    2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
        2.1.1 送粉式激光增材制造系統(tǒng)
        2.1.2 熔覆層形貌及微觀組織觀測(cè)裝置
    2.2 實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
    2.3 數(shù)值模擬模型
        2.3.1 Level Set方法
        2.3.2 光粉耦合模型
        2.3.3 傳熱方程
        2.3.4 熔池動(dòng)量守恒方程
        2.3.5 熔池界面控制方程
    2.4 數(shù)值求解方法
    2.5 本章小結(jié)
第3章 鎳基高溫合金增材制造熔池形貌
    3.1 引言
    3.2 工藝參數(shù)與橫截面幾何特征關(guān)系
        3.2.1 成形尺寸隨激光功率變化規(guī)律
        3.2.2 成形尺寸隨掃描速度變化規(guī)律
        3.2.3 成形尺寸隨送粉速率變化規(guī)律
        3.2.4 成形尺寸隨相同線能量密度變化規(guī)律
    3.3 激光增材制造工藝窗口優(yōu)化
    3.4 模擬熔池形貌分析
        3.4.1 熔池演變過(guò)程分析
        3.4.2 模擬沉積層形貌分析
    3.5 本章小結(jié)
第4章 鎳基高溫合金增材制造凝固參數(shù)分析
    4.1 引言
    4.2 熔池凝固界面分析
        4.2.1 熔池凝固界面溫度參數(shù)分析
        4.2.2 熔池凝固界面凝固特征參數(shù)分析
    4.3 工藝參數(shù)對(duì)凝固特征參數(shù)的影響
        4.3.1 激光功率對(duì)凝固特征參數(shù)的影響
        4.3.2 掃描速度對(duì)凝固特征參數(shù)的影響
        4.3.3 相同線能量密度下凝固特征參數(shù)變化規(guī)律
        4.3.4 送粉速率對(duì)凝固特征參數(shù)的影響
    4.4 本章小結(jié)
總結(jié)與展望
    全文結(jié)論
    工作展望
參考文獻(xiàn)
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]激光增材制造金屬零件內(nèi)應(yīng)力調(diào)控研究現(xiàn)狀[J]. 李少海,李昭青.  特種鑄造及有色合金. 2018(02)
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[4]美國(guó)國(guó)家航空和宇宙航行局完成增材制造的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴試驗(yàn)[J]. 蕭玉麟.  粉末冶金技術(shù). 2015(04)
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碩士論文
[1]增材制造技術(shù)原理及其在建筑行業(yè)的應(yīng)用研究[D]. 戴朋.江蘇大學(xué) 2016
[2]激光熔覆的溫度及應(yīng)力分析和數(shù)值模擬[D]. 樓鳳娟.浙江工業(yè)大學(xué) 2009



本文編號(hào)：3649736