本文關(guān)鍵詞：選區(qū)激光熔化AlSi10Mg溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本文基于ANSYS平臺(tái)利用有限元分析的方法對(duì)選區(qū)激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)Al Si10Mg過程中的溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬,研究了激光功率和掃描速度對(duì)SLM過程熱行為的影響。研究發(fā)現(xiàn):當(dāng)激光功率增加時(shí),熔池的冷卻速度和溫度梯度均呈增加趨勢(shì),而且激光功率對(duì)溫度梯度的影響更加顯著;當(dāng)掃描速度增加時(shí),熔池的冷卻速度明顯升高,溫度梯度卻略有降低。此外,隨著激光功率增加或掃描速度的降低,熔池中液相存在時(shí)間及熔池的尺寸逐漸增大。當(dāng)激光功率為250 W且掃描速度為200 mm/s時(shí),熔池的寬度(111.4μm)和深度(67.5μm)較為合適,能夠保證掃相鄰層之間結(jié)合良好,利于SLM過程的順利進(jìn)行。在溫度場(chǎng)的計(jì)算基礎(chǔ)上,利用熱-結(jié)構(gòu)間接耦合的方法建立SLM增材制造Al Si10Mg過程中的應(yīng)力場(chǎng)模型,進(jìn)一步研究激光功率和掃描速度對(duì)SLM過程中熱應(yīng)力的演變規(guī)律及制件的殘余應(yīng)力分布情況的影響。研究發(fā)現(xiàn):SLM過程中熱應(yīng)力隨激光的移動(dòng)呈波動(dòng)性變化,激光輻照區(qū)域的材料發(fā)生膨脹變形,熔池附近極小范圍區(qū)域內(nèi)的σx和σy出現(xiàn)負(fù)值,即處于壓應(yīng)力狀態(tài)。激光已掃描區(qū)域主要表現(xiàn)為拉應(yīng)力,而且沿掃描方向的應(yīng)力σx大于垂直于掃描方向的應(yīng)力σy。制件的表面殘余應(yīng)力主要為拉應(yīng)力,且制件表面中部位置的殘余應(yīng)力高于邊緣位置的殘余應(yīng)力。最大殘余應(yīng)力出現(xiàn)在熔化層和基板的界面結(jié)合處,此處最易發(fā)生翹曲變形甚至開裂。當(dāng)激光功率由200 W增至300 W時(shí),最大殘余拉應(yīng)力由257 MPa增至340 MPa;當(dāng)掃描速度由200 mm/s增至400 mm/s時(shí),最大殘余拉應(yīng)力由257 MPa增至270 MPa,即激光功率對(duì)制件最終的殘余應(yīng)力的影響比掃描速度大。通過實(shí)驗(yàn)的方法觀察分析不同工藝參數(shù)下的顯微組織以驗(yàn)證模型的可靠性,在一組優(yōu)化的工藝參數(shù)下:激光功率P=250 W、掃描速度v=200 mm/s,成功制備出無(wú)孔洞、無(wú)裂紋及表面相對(duì)光滑的SLM制件。最后利用顯微硬度壓痕法測(cè)量SLM制件的表面殘余應(yīng)力,并與模擬結(jié)果相比較,發(fā)現(xiàn)兩者得到的殘余應(yīng)力結(jié)果偏差不大,模擬結(jié)果能夠大致呈現(xiàn)出SLM制件的殘余應(yīng)力隨激光工藝參數(shù)而變化的趨勢(shì)。
【關(guān)鍵詞】：選區(qū)激光熔化 數(shù)值模擬 AlSi10Mg 溫度場(chǎng) 應(yīng)力場(chǎng)
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG665
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注釋表11-12
• 縮略詞12-13
• 第一章 緒論13-27
• 1.1 增材制造技術(shù)13-14
• 1.2 鋁合金材料SLM研究14-15
• 1.3 SLM技術(shù)概述15-20
• 1.3.1 SLM成形原理及特點(diǎn)15-17
• 1.3.2 SLM成形工藝問題17-20
• 1.4 數(shù)值模擬方法介紹20-22
• 1.5 SLM技術(shù)溫度場(chǎng)數(shù)值模擬現(xiàn)狀22-23
• 1.6 SLM技術(shù)應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬現(xiàn)狀23-24
• 1.7 本課題主要研究?jī)?nèi)容及方法24-25
• 1.8 本文結(jié)構(gòu)安排25-27
• 第二章 SLM過程有限元分析方法27-37
• 2.1 SLM溫度場(chǎng)數(shù)值模擬基本理論27-31
• 2.1.1 溫度控制方程27-29
• 2.1.2 激光熱源模型的建立29-30
• 2.1.3 初始條件與邊界條件30-31
• 2.1.4 潛熱的處理31
• 2.2 SLM應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬基本理論31-35
• 2.2.1 屈服準(zhǔn)則32
• 2.2.2 流動(dòng)準(zhǔn)則32-33
• 2.2.3 強(qiáng)化準(zhǔn)則33
• 2.2.4 熱彈塑性方程33-35
• 2.3 材料屬性35-36
• 2.4 本章小結(jié)36-37
• 第三章 SLM過程溫度場(chǎng)數(shù)值模擬研究37-50
• 3.1 溫度場(chǎng)求解設(shè)置37-40
• 3.2 結(jié)果與討論40-49
• 3.2.1 溫度場(chǎng)基本特征40-41
• 3.2.2 不同工藝參數(shù)對(duì)熱行為的影響41-45
• 3.2.3 不同工藝參數(shù)對(duì)熔池結(jié)構(gòu)的影響45-49
• 3.3 本章小結(jié)49-50
• 第四章 SLM過程應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬研究50-63
• 4.1 熱-結(jié)構(gòu)模型的基本設(shè)置50-52
• 4.2 設(shè)定模型邊界條件及求解應(yīng)力場(chǎng)52-53
• 4.3 應(yīng)力場(chǎng)模擬結(jié)果與討論53-62
• 4.3.1 SLM過程應(yīng)力分布特征53-54
• 4.3.2 激光功率對(duì)應(yīng)力場(chǎng)的影響54-58
• 4.3.3 掃描速度對(duì)應(yīng)力場(chǎng)的影響58-62
• 4.4 本章小結(jié)62-63
• 第五章 SLM實(shí)驗(yàn)及殘余應(yīng)力測(cè)試63-73
• 5.1 SLM實(shí)驗(yàn)所用粉末材料63
• 5.2 SLM實(shí)驗(yàn)方法63-64
• 5.3 殘余應(yīng)力測(cè)試方法64-67
• 5.3.1 測(cè)量原理64-66
• 5.3.2 測(cè)量方法66-67
• 5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析67-71
• 5.4.1 不同激光功率下制件的顯微組織67-68
• 5.4.2 不同掃描速度下制件的顯微組織68-70
• 5.4.3 顯微硬度測(cè)試值與模擬值的比較70-71
• 5.5 本章小結(jié)71-73
• 第六章 結(jié)論73-75
• 參考文獻(xiàn)75-85
• 致謝85-86
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文86

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 李佳桂;史玉升;魯中良;黃樹槐;;選擇性激光熔化成形瞬態(tài)溫度場(chǎng)數(shù)值模擬[J];中國(guó)機(jī)械工程;2008年20期

2 楊永強(qiáng);盧建斌;王迪;羅子藝;;316L不銹鋼選區(qū)激光熔化成型非水平懸垂面研究[J];材料科學(xué)與工藝;2011年06期

3 盧建斌;楊永強(qiáng);王迪;羅子藝;蘇旭彬;;選區(qū)激光熔化成型懸垂面質(zhì)量的影響因素分析[J];激光技術(shù);2011年02期

4 劉杰;楊永強(qiáng);蘇旭彬;肖冬明;;多零件選區(qū)激光熔化成型效率的優(yōu)化[J];光學(xué)精密工程;2012年04期

5 吳偉輝;楊永強(qiáng);毛桂生;;316L選區(qū)激光熔化增材制造熔池搭接堆積形貌分析[J];制造技術(shù)與機(jī)床;2014年04期

6 張冬云;;采用區(qū)域選擇激光熔化法制造鋁合金模型[J];中國(guó)激光;2007年12期

7 師文慶;楊永強(qiáng);;選區(qū)激光熔化中激光束的傳輸變換及聚焦特性[J];激光技術(shù);2008年03期

8 姚化山;史玉升;章文獻(xiàn);劉錦輝;黃樹槐;;金屬粉末選區(qū)激光熔化成形過程溫度場(chǎng)模擬[J];應(yīng)用激光;2007年06期

9 吳偉輝;楊永強(qiáng);王迪;;選區(qū)激光熔化成型過程的球化現(xiàn)象[J];華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年05期

10 劉杰;楊永強(qiáng);王迪;肖冬明;蘇旭彬;;選區(qū)激光熔化成型懸垂結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助工藝參數(shù)優(yōu)化[J];中國(guó)激光;2012年05期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 王黎;魏青松;賀文婷;謝思意;史玉升;;Inconel 625合金選擇性激光熔化成形工藝研究[A];第14屆全國(guó)特種加工學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年

2 王華明;張凌云;李安;湯海波;張述泉;方艷麗;李鵬;;高性能航空金屬結(jié)構(gòu)材料及特種涂層激光熔化沉積制備與成形研究進(jìn)展[A];第九次全國(guó)熱處理大會(huì)論文集（一）[C];2007年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前7條

1 章文獻(xiàn);選擇性激光熔化快速成形關(guān)鍵技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2008年

2 蘇旭彬;基于選區(qū)激光熔化的功能件數(shù)字化設(shè)計(jì)與直接制造研究[D];華南理工大學(xué);2011年

3 李瑞迪;金屬粉末選擇性激光熔化成形的關(guān)鍵基礎(chǔ)問題研究[D];華中科技大學(xué);2010年

4 王迪;選區(qū)激光熔化成型不銹鋼零件特性與工藝研究[D];華南理工大學(xué);2011年

5 張丹青;鎢及鎢合金的選擇性激光熔化過程中微觀組織演化研究[D];華中科技大學(xué);2011年

6 王小軍;Al-Si合金的選擇性激光熔化工藝參數(shù)與性能研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）;2014年

7 王黎;選擇性激光熔化成形金屬零件性能研究[D];華中科技大學(xué);2012年

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

1 張曉博;Ti合金選擇性激光熔化成型關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];陜西科技大學(xué);2015年

2 趙霄昊;激光熔化沉積TC11/Ti_2AlNb雙合金工藝及組織性能[D];北京有色金屬研究總院;2015年

3 譚天漢;異質(zhì)材料選區(qū)激光熔化的成形過程仿真研究及設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[D];北京理工大學(xué);2015年

4 張超;選區(qū)激光熔化技術(shù)制備多孔鉭工藝及性能研究[D];安徽工業(yè)大學(xué);2014年

5 孟祥陳;選擇性激光熔化金屬粉末的能量傳遞和累積研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2015年

6 胡東;純鎂粉末選區(qū)激光熔化工藝及成形件組織性能研究[D];重慶大學(xué);2015年

7 李雅莉;選區(qū)激光熔化AlSi10Mg溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬研究[D];南京航空航天大學(xué);2015年

8 尹西鵬;選擇性激光熔化快速成型系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];華中科技大學(xué);2008年

9 劉強(qiáng);選擇性激光熔化設(shè)備和工藝研究[D];華中科技大學(xué);2007年

10 王志陽(yáng);選區(qū)激光熔化制備多孔316L不銹鋼和多孔鈦的研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

  本文關(guān)鍵詞：選區(qū)激光熔化AlSi10Mg溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：322807