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

《蘭州理工大學》 2009年

鋁青銅表面激光熔覆鎳基合金溫度場的數(shù)值模擬

于濤  

【摘要】： 激光熔覆是一種先進的表面改性加工方法,它是在被熔覆的基體上以不同的方式放置選擇的涂層材料,通過激光輻照使之和基體表面熔化,經(jīng)過快速凝固形成低稀釋度的表面涂層,從而改善材料的表面性能。這是一項發(fā)展非常迅猛且具有廣泛應用前景的材料加工新技術(shù)。為此本文建立了二維激光熔覆熔池溫度場的數(shù)值模型,模型考慮了工件有限尺度、工件材料熱物理性質(zhì)的溫度依賴關(guān)系、激光處理參數(shù)以及對流換熱造成的表面熱損失,激光光斑處采用高斯熱源模型推導,利用能量平衡法,建立了均勻網(wǎng)格的有限差分方程。使用C++語言編寫材料表面激光熔覆過程中溫度場的計算程序,同時討論工藝參數(shù)對溫度場分布的影響,得到如下結(jié)論: 1.整個激光熔覆加工中的溫度場變化是由非穩(wěn)態(tài)到達穩(wěn)態(tài)的過程,激光光斑附近溫度梯度較大,遠離光斑處溫度梯度較小。 2.當掃描速度確定時,隨著激光功率的增大,表面峰值溫度呈上升趨勢。 3.隨著預熱溫度的增加,材料表面中心峰值溫度逐漸升高,熔池溫度呈線性上升關(guān)系。 4.若激光光斑直徑增大而激光功率不變時,導致激光束的功率密度減小,從而能量不能集中于一點,表面溫度隨之下降。反之,光斑直徑變小,對光斑區(qū)域的加熱集中,溫度有上升趨勢,但光斑附近區(qū)域有未熔的現(xiàn)象。 5.由溫度場分布圖顯示得知,為保證加工質(zhì)量,滿足熔覆要求,試驗應采用由高到低的功率進行熔覆.

【關(guān)鍵詞】：
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TG174.44
【目錄】：

摘要7-8

ABSTRACT8-9

第1章 緒論9-22

1.1 激光表面加工運用的發(fā)展簡介9-10

1.2 表面加工方法10-13

1.2.1 激光相變硬化11-12

1.2.2 激光表面熔凝12

1.2.3 激光熔覆12-13

1.3 激光熔覆的機理研究13-14

1.4 激光熔覆數(shù)值模擬的意義與運用方法14-16

1.4.1 激光熔覆數(shù)值模擬的意義14

1.4.2 數(shù)值模擬中運用的方法14-16

1.5 激光熔覆溫度場的發(fā)展及研究現(xiàn)狀16-19

1.5.1 激光熔覆數(shù)值模擬發(fā)展概括16

1.5.2 溫度場數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀16-19

1.5.3 激光熔覆過程數(shù)值模擬技術(shù)存在的問題19

1.6 本文的主要內(nèi)容和技術(shù)路線19-22

1.6.1 主要研究內(nèi)容19-20

1.6.2 技術(shù)方案及主要思路20-22

第2章 激光熔覆過程物理模型與數(shù)學模型22-38

2.1 激光與材料作用的能量傳遞與轉(zhuǎn)換22-23

2.2 加工中金屬材料狀態(tài)的變化23-24

2.3 激光熔覆過程溫度場的熱源模型24-25

2.3.1 激光熱源模型24-25

2.3.2 經(jīng)典熱源模型對移動光源的處理25

2.4 激光熔覆過程的傳熱模型25-26

2.4.1 傳熱類型25-26

2.4.2 傳熱模型中的有限差分法26

2.5 激光熔覆過程溫度場的數(shù)值模擬26-29

2.5.1 前提條件26-27

2.5.2 熱傳導控制方程及其定解條件27-29

2.6 基于VC++平臺的有限差分分析29-32

2.6.1 物理模型29-30

2.6.2 單元類型30

2.6.3 網(wǎng)格劃分30-32

2.7 相變潛熱的處理32-35

2.8 有限差分法模型分析35-36

2.9 差分方程的建立與求解方法36-37

2.10 本章小結(jié)37-38

第3章 激光熔覆溫度場數(shù)值模擬結(jié)果與分析38-51

3.1 材料熱物理參數(shù)38

3.2 激光熔覆過程溫度場數(shù)值模擬結(jié)果分析38-47

3.2.1 材料表面溫度場的動態(tài)結(jié)果分析39-41

3.2.2 激光工藝參數(shù)對溫度場的影響41-47

3.3 試驗結(jié)果與分析47-49

3.3.1 模擬優(yōu)化處理47-48

3.3.2 模擬結(jié)果的試驗驗證48-49

3.4 本章小結(jié)49-51

本文結(jié)論與展望51-53

參考文獻53-57

致謝57-58

附錄A:碩士期間發(fā)表的論文58

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本文編號：202673