本文關(guān)鍵詞：GH4169合金粉末選區(qū)激光熔化成形數(shù)值模擬及試驗研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：高溫合金粉末的選區(qū)激光熔化成形是當今快速成型制造領(lǐng)域的重點研究對象,目前該領(lǐng)域已經(jīng)在國家航空航天和生物醫(yī)療等領(lǐng)域重點應(yīng)用,但是成形過程激光與粉末反應(yīng)劇烈,容易形成較大的溫度梯度,引起熱應(yīng)力,從而形成缺陷影響成形件質(zhì)量。因此,探究高溫合金粉末成形機理,分析溫度場與應(yīng)力場分布規(guī)律,對高溫合金粉末成形工藝有重要指導(dǎo)意義。本文利用有限元模擬軟件,建立三維瞬態(tài)有限元模型,將激光熱源近似為高斯分布,考慮相變潛熱與材料非線性問題,設(shè)計生死單元和參數(shù)化語言命令流,實現(xiàn)鎳基高溫合金成形過程的溫度場模擬與應(yīng)力場模擬。主要對單道掃描、單層掃描、塊體成形的溫度場進行了分析,著重研究了掃描過程中的溫度分布、掃描線變向轉(zhuǎn)接處的溫度分布和整個時間歷程上的溫度分布情況。討論了掃描速度和激光功率對溫度場影響,熔池尺寸隨著激光功率的增加而增大,瞬時最高溫度隨著掃描速度的減小而增大,熔池前端的溫度梯度較大。選出了合適的工藝參數(shù),并探討了導(dǎo)致溫度變化和溫度梯度的原因。在溫度場模擬的基礎(chǔ)上,分析了應(yīng)力場分布的變化規(guī)律,主要針對過程中的應(yīng)力分布、掃描線變向轉(zhuǎn)接處的應(yīng)力分布和冷卻到室溫的應(yīng)力分布進行了分析。在成形件表面主要以拉應(yīng)力為主,基板上主要以壓應(yīng)力為主。掃描過程中應(yīng)力集中主要發(fā)生在掃描線之間與掃描線變向轉(zhuǎn)接處,冷卻到室溫時殘余應(yīng)力以拉應(yīng)力為主,集中在成形件邊界和四角上,在掃描線變向轉(zhuǎn)接處出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力,等效應(yīng)力主要集中在成形件四角和邊界上,這些應(yīng)力是造成翹曲與裂紋的主要原因。利用模擬結(jié)果進行合金粉末的成形試驗,成功驗證了模擬的可靠性,并制造出致密度良好的塊體成形件。最后對成形過程的影響因素和成形過程容易產(chǎn)生的缺陷進行了分析,有限元模擬在缺陷形成上的預(yù)測較為成功。
【關(guān)鍵詞】：GH4169合金 選區(qū)激光熔化 數(shù)值模擬 缺陷預(yù)測 試驗研究
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TF124.3;TG132.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 引言11-23
• 1.1 快速成型技術(shù)簡介11-12
• 1.2 選區(qū)激光熔化技術(shù)12-16
• 1.2.1 SLM技術(shù)成形特點13-15
• 1.2.2 SLM技術(shù)的研究進展15-16
• 1.3 GH4169鎳基高溫合金16-20
• 1.3.1 GH4169合金的優(yōu)缺點17-18
• 1.3.2 GH4169合金組織、相與溫度之間的關(guān)系18
• 1.3.3 GH4169合金的性能18-19
• 1.3.4 GH4169合金的發(fā)展與應(yīng)用19-20
• 1.4 GH4169合金SLM成形的有限元模擬20-21
• 1.5 課題背景、意義及主要研究內(nèi)容21-23
• 1.5.1 課題背景及意義21
• 1.5.2 課題研究內(nèi)容及技術(shù)路線21-23
• 第二章 選區(qū)激光熔化成形過程有限元分析過程及模型建立23-36
• 2.1 溫度有限元模擬分析理論23-25
• 2.1.1 三維瞬態(tài)溫度場的基本方程23-24
• 2.1.2 瞬態(tài)熱傳導(dǎo)的有限單元法24-25
• 2.2 有限元模擬的關(guān)鍵技術(shù)25-32
• 2.2.1 有限元熱分析模擬流程25-26
• 2.2.2 選區(qū)激光熔化的傳熱方式26-28
• 2.2.3 材料屬性28-29
• 2.2.4 材料的非線性處理29-30
• 2.2.5 相變潛熱處理30-31
• 2.2.6 移動熱源模型與加載31-32
• 2.2.7 生死單元技術(shù)與APDL參數(shù)化語言算法的實現(xiàn)32
• 2.3 應(yīng)力場模擬的基本理論32-34
• 2.4 SLM成形有限元模型的建立34-35
• 2.4.1 選擇單元類型34
• 2.4.2 有限元模型簡化原則34-35
• 2.4.3 三維幾何模型的建立35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第三章 GH4169粉末SLM成形溫度場模擬結(jié)果分析36-56
• 3.1 引言36
• 3.2 單道掃描溫度場模擬及結(jié)果分析36-44
• 3.2.1 工藝參數(shù)對熔池尺寸與最高溫度的影響37-40
• 3.2.2 工藝參數(shù)對溫度場的影響40-42
• 3.2.3 單道掃描過程溫度場分析42-44
• 3.3 單層掃描溫度場模擬及結(jié)果分析44-52
• 3.3.1 單層掃描溫度場模擬參數(shù)選擇44-46
• 3.3.2 各道掃描結(jié)束時刻溫度分布46-47
• 3.3.3 掃描線變向轉(zhuǎn)接處溫度分布47-48
• 3.3.4 同一掃描線上等距點的溫度分布48-49
• 3.3.5 光斑中心溫度的變化情況49-50
• 3.3.6 節(jié)點溫度分布與溫度變化率50-52
• 3.4 塊體成形溫度場模擬及結(jié)果分析52-55
• 3.4.1 每層掃描結(jié)束時刻溫度場分布53-54
• 3.4.2 整個時間歷程上的溫度變化54-55
• 3.5 本章小結(jié)55-56
• 第四章 GH4169粉末SLM成形應(yīng)力場模擬結(jié)果分析56-62
• 4.1 引言56
• 4.2 應(yīng)力場分析中的主要應(yīng)力56-57
• 4.3 應(yīng)力、應(yīng)變過程分析57-61
• 4.3.1 掃描過程中某一時刻的應(yīng)力場分布57-58
• 4.3.2 掃描線變向轉(zhuǎn)接處的應(yīng)力場分布58-59
• 4.3.3 冷卻到室溫時的殘余應(yīng)力分布59-60
• 4.3.4 應(yīng)力 σx在整個時間歷程上的變化60-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 第五章 GH4169粉末SLM成形的試驗研究62-73
• 5.1 引言62
• 5.2 試驗設(shè)備及方法62-63
• 5.2.1 試驗設(shè)備與試驗材料62-63
• 5.2.2 試驗?zāi)康暮头椒?/span>63
• 5.3 試驗過程與結(jié)果分析63-70
• 5.3.1 單道掃描試驗63-65
• 5.3.2 單層掃描試驗65-66
• 5.3.3 塊體成形試驗結(jié)果66-67
• 5.3.4 GH4169合金粉末SLM成形的缺陷分析67-70
• 5.4 GH4169合金粉末SLM成形的影響因素70-72
• 5.4.1 激光器70-71
• 5.4.2 熔化材料和基板71
• 5.4.3 保護氣體71-72
• 5.5 本章小結(jié)72-73
• 第六章 結(jié)論與展望73-75
• 6.1 結(jié)論73-74
• 6.2 研究展望74-75
• 參考文獻75-80
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文80-81
• 致謝81-82

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  本文關(guān)鍵詞：GH4169合金粉末選區(qū)激光熔化成形數(shù)值模擬及試驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：385431