本文關(guān)鍵詞：激光熔凝和激光熔覆的數(shù)學(xué)模型及數(shù)值分析，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《燕山大學(xué)》 2010年

激光直接成形瞬態(tài)溫度場的數(shù)值模擬

李建光  

【摘要】： 激光直接成形技術(shù)(LDF—Laser Direct Forming)是基于離散/堆積成形思想的新型制造技術(shù),該技術(shù)是快速制造技術(shù)(RM—Rapid Manufacturing)的一種常用技術(shù),也是目前主要采用的金屬零件激光快速成型技術(shù)。RM技術(shù)與快速原型技術(shù)(RP—Rapid Prototyping)一起(通常稱為RP/RM)被認(rèn)為是近年來制造技術(shù)領(lǐng)域的一次重大突破,其對制造業(yè)的影響可與數(shù)控技術(shù)的出現(xiàn)相媲美。 RP/RM技術(shù)不同于傳統(tǒng)的零件加工方法,而是根據(jù)虛擬三維實(shí)體模型生成的分層信息,在計(jì)算機(jī)的控制下,逐點(diǎn)逐層(道)堆積并最終成形出所需的零件。金屬零件激光直接成形過程中的溫度場、熱應(yīng)力場的研究是國家“973”新材料領(lǐng)域計(jì)劃項(xiàng)目中的重要研究內(nèi)容。 本文圍繞著激光直接成形的溫度場、熱應(yīng)力場和位移場的有限元數(shù)值模擬展開研究,完成了如下研究內(nèi)容: (1)恰當(dāng)?shù)亟⒘思す庵苯映尚蔚臏囟葓�、熱�?yīng)力場和位移場的有限元模型。 (2)處理了溫度場模擬過程中部分高溫物性參數(shù),使溫度場模擬時(shí)物性參數(shù)的選取更合目的性,更為精確。 (3)在連續(xù)移動(dòng)三維瞬態(tài)激光熔池溫度場有限元模擬的基礎(chǔ)上,利用ANSYS有限元軟件中的‘生死單元’技術(shù),建立了金屬薄壁零件激光直接成形過程的三維瞬態(tài)溫度場有限元計(jì)算模型,模擬了不同工藝參數(shù)下該過程的溫度場,分析了成形過程中基板及熔覆層溫度的變化,獲得了激光直接成形的溫度變化規(guī)律。 (4)利用ABAQUS軟件解決了部分特殊工藝特征點(diǎn)在熱應(yīng)力場和位移場模擬過程中的處理與實(shí)現(xiàn)問題。通過模擬得出了多道激光熔覆過程中基板溫度場、應(yīng)力場、位移場的分布及變化規(guī)律。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TG665
【目錄】：

摘要4-5

Abstract5-10

第1章 緒論10-18

1.1 研究背景10

1.2 激光直接成形技術(shù)簡介10-12

1.3 激光直接成形過程溫度場數(shù)值模擬的研究情況12-16

1.3.1 研究現(xiàn)狀12-16

1.3.2 目前存在的主要問題16

1.4 研究內(nèi)容16-17

1.5 研究目的17-18

第2章 激光直接成形溫度場求解的基本理論18-31

2.1 熱源模型18-20

2.1.1 經(jīng)典的解析熱源模型18-20

2.1.2 有限元法建立熱源模型20

2.2 金屬粉末輸送過程對激光吸收率的影響20-21

2.3 溫度場與導(dǎo)熱微分方程21-25

2.4 熱對流與輻射25-27

2.4.1 熱對流25-26

2.4.2 熱輻射26-27

2.5 溫度場邊界條件27-30

2.6 本章小結(jié)30-31

第3章 激光直接成形溫度場的數(shù)值模擬31-66

3.1 有限元軟件簡介及溫度場數(shù)值模擬的意義31-32

3.1.1 商用軟件概況31

3.1.2 溫度場數(shù)值模擬的意義31-32

3.2 激光直接成形瞬態(tài)溫度場數(shù)值模擬的算法思想32-33

3.3 激光直接成形金屬零件瞬態(tài)溫度場模擬33-48

3.3.1 激光直接成形金屬零件的有限元模型33-34

3.3.2 激光直接成形溫度場邊界條件34-36

3.3.3 材料比熱的選擇與處理36-48

3.4 激光直接成形瞬態(tài)溫度場的特點(diǎn)48-55

3.5 工藝參數(shù)對激光直接成形瞬態(tài)溫度場的影響55-64

3.5.1 激光功率對溫度場的影響55-59

3.5.2 掃描速度對溫度場的影響59-61

3.5.3 光斑直徑對溫度場的影響61-63

3.5.4 基板尺寸對溫度場的影響63-64

3.6 本章小結(jié)64-66

第4章 激光表面熔覆應(yīng)力場和變形的數(shù)值模擬66-98

4.1 前言66

4.2 熱應(yīng)力場數(shù)值模擬66-74

4.2.1 熱應(yīng)力場數(shù)值模擬的特點(diǎn)66-67

4.2.2 熱彈—塑性有限元基本方程67-74

4.3 位移場數(shù)值模擬74-76

4.3.1 有限元基本方程74-76

4.3.2 應(yīng)力場數(shù)值模擬與溫度數(shù)值模擬的關(guān)系76

4.4 模型的建立76-79

4.4.1 幾何模型的建立76-77

4.4.2 邊界條件的確定77-78

4.4.3 計(jì)算模型中材料熱物性參數(shù)78-79

4.5 激光表面熔覆的溫度場分析79-86

4.5.1 激光功率對溫度場的影響79-81

4.5.2 掃描路徑對溫度場的影響81-84

4.5.3 掃描速度對溫度場的影響84-86

4.6 多道熔覆應(yīng)變場、應(yīng)力場和位移場的分析86-97

4.6.1 激光功率對熔覆道中點(diǎn)應(yīng)變的影響86-87

4.6.2 掃描路徑對熔覆道中點(diǎn)應(yīng)變的影響87-89

4.6.3 掃描速度對多道熔覆過程中應(yīng)變場的影響89-90

4.6.4 掃描路徑對熔覆道中點(diǎn)應(yīng)力的影響90-91

4.6.5 掃描速度對應(yīng)力場的影響91-92

4.6.6 激光功率對應(yīng)力場的影響92-93

4.6.7 激光功率對位移場的影響93-94

4.6.8 掃描路徑對位移場的影響94-96

4.6.9 掃描速度對位移場的影響96-97

4.7 本章小結(jié)97-98

結(jié)論98-99

參考文獻(xiàn)99-106

攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果106-107

致謝107-108

作者簡介108

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5 記者 張黎;[N];中國環(huán)境報(bào);2008年

6 馬書平;[N];經(jīng)濟(jì)參考報(bào);2006年

7 本報(bào)記者 沈靜;[N];中國紡織報(bào);2008年

8 周騰芳;[N];中國電子報(bào);2008年

9 楊人祺 袁坤龍;[N];中國有色金屬報(bào);2005年

10 本報(bào)記者　 馬書平;[N];中國證券報(bào);2006年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 隋洲;曲面零件連續(xù)成形的理論與數(shù)值模擬研究及控制軟件開發(fā)[D];吉林大學(xué);2014年

2 屈曉陽;大型直縫焊管JCOE成形工藝及CAPP系統(tǒng)研究[D];燕山大學(xué);2012年

3 李湘吉;基于多點(diǎn)成形與漸進(jìn)成形的板料復(fù)合成形技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2009年

4 胡志清;連續(xù)多點(diǎn)成形方法、裝置及成形實(shí)驗(yàn)研究[D];吉林大學(xué);2008年

5 李永志;純鉬粉末材料等徑角擠壓成形致密及模擬優(yōu)化研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2012年

6 李吉泉;塑料注射成形工藝穩(wěn)健設(shè)計(jì)的研究與應(yīng)用[D];上海交通大學(xué);2008年

7 付澤民;高強(qiáng)度金屬板多道次漸進(jìn)折彎成形及回彈研究[D];華中科技大學(xué);2010年

8 韋東來;汽車覆蓋件成形工藝的穩(wěn)健優(yōu)化與容差分析[D];上海交通大學(xué);2009年

9 湯澤軍;鎂合金管材熱態(tài)內(nèi)壓成形失穩(wěn)行為研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

10 湯澤軍;鎂合金管材熱態(tài)內(nèi)壓成形失穩(wěn)行為研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李超;環(huán)件軋制工藝CAPP系統(tǒng)研究[D];武漢理工大學(xué);2006年

2 陳仕清;特薄壁金屬管件填料推彎成形新工藝研究[D];大連理工大學(xué);2010年

3 關(guān)玲;鎂合金尾翼桶成形技術(shù)研究[D];中北大學(xué);2010年

4 汪澤波;汽車轉(zhuǎn)向節(jié)成形工藝有限元模擬研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2007年

5 賈承安;十字軸冷擠壓成形工藝研究及模具設(shè)計(jì)數(shù)字化系統(tǒng)開發(fā)[D];山東大學(xué);2008年

6 都業(yè)志;直接金屬氧化法制備Al_2O_3/Al復(fù)合材料成形工藝研究[D];西安理工大學(xué);2000年

7 郭曉云;電流輔助鈦波紋管成形工藝研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

8 趙健;金屬鈑金件電磁脈沖漸進(jìn)成形有限元模擬與實(shí)驗(yàn)研究[D];華中科技大學(xué);2013年

9 王麟平;7075鋁合金重型車輛下控臂成形工藝分析及優(yōu)化[D];中北大學(xué);2013年

10 孫曉旭;汽車后橋主減速器從動(dòng)螺旋傘齒輪鍛坯成形工藝研究及數(shù)值模擬[D];吉林大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：激光熔凝和激光熔覆的數(shù)學(xué)模型及數(shù)值分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：202672