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。

《蘭州理工大學(xué)》 2009年

鋁青銅表面激光熔覆鎳基合金溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬

于濤  

【摘要】： 激光熔覆是一種先進(jìn)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(xiàng)發(fā)展非常迅猛且具有廣泛應(yīng)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(chǎng)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(duì)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(dǎo),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(chǎng)的計(jì)算程序,同時(shí)討論工藝參數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)分布的影響,得到如下結(jié)論: 1.整個(gè)激光熔覆加工中的溫度場(chǎng)變化是由非穩(wěn)態(tài)到達(dá)穩(wěn)態(tài)的過程,激光光斑附近溫度梯度較大,遠(yuǎn)離光斑處溫度梯度較小。 2.當(dāng)掃描速度確定時(shí),隨著激光功率的增大,表面峰值溫度呈上升趨勢(shì)。 3.隨著預(yù)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(shí),導(dǎo)致激光束的功率密度減小,從而能量不能集中于一點(diǎn),表面溫度隨之下降。反之,光斑直徑變小,對(duì)光斑區(qū)域的加熱集中,溫度有上升趨勢(shì),但光斑附近區(qū)域有未熔的現(xiàn)象。 5.由溫度場(chǎng)分布圖顯示得知,為保證加工質(zhì)量,滿足熔覆要求,試驗(yàn)應(yīng)采用由高到低的功率進(jìn)行熔覆.

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：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(yùn)用的發(fā)展簡(jiǎn)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(jī)理研究13-14

1.4 激光熔覆數(shù)值模擬的意義與運(yùn)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(yùn)用的方法14-16

1.5 激光熔覆溫度場(chǎng)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(chǎng)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?jī)?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(xué)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(chǎng)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(duì)移動(dòng)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(chǎng)的數(shù)值模擬26-29

2.5.1 前提條件26-27

2.5.2 熱傳導(dǎo)控制方程及其定解條件27-29

2.6 基于VC++平臺(tái)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(chǎng)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(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果分析38-47

3.2.1 材料表面溫度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)結(jié)果分析39-41

3.2.2 激光工藝參數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)的影響41-47

3.3 試驗(yàn)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(yàn)驗(yàn)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(xiàn)53-57

致謝57-58

附錄A:碩士期間發(fā)表的論文58

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9 李曉杰;姜力;閆鴻浩;謝興華;;手槍彈入水?dāng)?shù)值模擬[A];計(jì)算爆炸力學(xué)進(jìn)展[C];2006年

10 羅文林;劉赪煒;韓煊;;隧道開挖對(duì)樁基工程影響的數(shù)值分析[A];第九屆全國(guó)巖土力學(xué)數(shù)值分析與解析方法討論會(huì)論文集[C];2007年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 翟揚(yáng);[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2003年

2 張德;[N];中國(guó)氣象報(bào);2007年

3 本報(bào)記者 應(yīng)尤佳;[N];上海證券報(bào);2007年

4 張曉健;[N];中國(guó)冶金報(bào);2007年

5 黃曄;[N];世界金屬導(dǎo)報(bào);2007年

6 泉州第七中學(xué) 施煒斌 指導(dǎo)教師 陳思鑫 楊利 普及部 供稿;[N];福建科技報(bào);2008年

7 本報(bào)記者 王璐;[N];上海證券報(bào);2007年

8 魏瑋;[N];中國(guó)證券報(bào);2007年

9 本報(bào)記者　 霍峰 本報(bào)通訊員　 孟繁;[N];青島日?qǐng)?bào);2006年

10 李正陽;[N];中國(guó)冶金報(bào);2006年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 殷鳳良;等離子弧焊接過程的數(shù)值模擬[D];天津大學(xué);2007年

2 黃鳳曉;激光熔覆和熔覆成形鎳基合金的組織與性能研究[D];吉林大學(xué);2011年

3 雷劍波;基于CCD的激光再制造熔池溫度場(chǎng)檢測(cè)研究[D];天津工業(yè)大學(xué);2007年

4 劉其斌;寬帶激光熔覆梯度生物陶瓷復(fù)合涂層及其生物相容性[D];大連理工大學(xué);2005年

5 劉浩;連鑄直軋電磁感應(yīng)補(bǔ)償加熱過程數(shù)值模擬技術(shù)的研究與開發(fā)[D];華中科技大學(xué);2007年

6 劉振俠;激光熔凝和激光熔覆的數(shù)學(xué)模型及數(shù)值分析[D];西北工業(yè)大學(xué);2003年

7 董丹陽;鋼的激光輔助滲硅過程與組織性能[D];東北大學(xué);2008年

8 張三川;送粉激光熔覆陶瓷摻雜復(fù)合涂層技術(shù)及涂層成形機(jī)理研究[D];鄭州大學(xué);2002年

9 李剛;Zr基非晶合金激光熔覆與誘導(dǎo)自蔓延合成[D];大連理工大學(xué);2003年

10 張敏;采后果蔬熱導(dǎo)率測(cè)試系統(tǒng)研究及其內(nèi)部傳熱溫度場(chǎng)模擬[D];河南農(nóng)業(yè)大學(xué);2005年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 于濤;鋁青銅表面激光熔覆鎳基合金溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬[D];蘭州理工大學(xué);2009年

2 沈洋;攪拌摩擦焊溫度場(chǎng)與殘余應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬[D];西安建筑科技大學(xué);2007年

3 張春成;抽油光桿激光熔覆表面耐磨損與防腐蝕性能研究[D];大慶石油學(xué)院;2010年

4 馮旭東;低碳鋼表面激光熔覆鎳基涂層組織及耐蝕性研究[D];河南理工大學(xué);2011年

5 郎志華;激光熔覆金屬陶瓷涂層的組織與性能研究[D];大連理工大學(xué);2011年

6 楊紅梅;微納米增強(qiáng)金屬基復(fù)合涂層激光熔覆工藝及組織性能研究[D];燕山大學(xué);2011年

7 戎磊;激光熔覆碳化鎢顆粒增強(qiáng)鎳基合金梯度涂層的研究[D];上海交通大學(xué);2011年

8 黃文榮;Cr_（12）MoV模具鋼的激光熔覆[D];四川大學(xué);2002年

9 周杰;CO_2激光熔覆修復(fù)冷作模具表面的組織及性能研究[D];吉林大學(xué);2010年

10 陸萍萍;萬米深井鉆機(jī)剎車盤表面激光熔覆組織與性能研究[D];中國(guó)石油大學(xué);2010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(hào)：202673