超声辅助钛合金激光沉积修复机理研究

发布时间：2017-04-07 09:02

  本文关键词：超声辅助钛合金激光沉积修复机理研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：激光沉积成形技术打破了传统的去除或变形加工成形方法的限制,利用“离散+堆积”的增材成形思想,通过同步送粉和激光熔覆数字化成形进一步实现工件的精确成形,然而在沉积成形过程中存在气孔、熔合不良以及组织分布不均匀等缺陷导致成形件力学性能不高。借鉴功率超声在铸造和焊接领域内抑制气孔、熔合不良以及均匀组织的成功应用,我们提出了“超声辅助激光沉积修复”的概念。首先,针对超声振动特性搭建了试验用超声振动设备,并通过有限元模拟软件对基板振动特性进行了仿真分析,使振动系统达到共振状态,使能量有效作用于激光沉积修复系统中。采用FLUENT中动网格技术对超声场下熔池内部的声压变化进行了数值模拟分析。在超声振动作用下熔池内部动压最大值分布在一个周期内呈对称环状变化且逐渐衰减。通过有限体积法实现了激光沉积熔凝过程中超声场与温度场的耦合模拟分析,研究了超声场对熔池内部温度场以、流场以及熔池形貌的影响。结果表明在超声场作用下,熔池内部温度略有下降,温度梯度降低,熔体流速增加,对流加剧。进行了超声辅助钛合金激光沉积修复的熔池熔凝形貌以及沉积件力学性能的实验研究,结果表明超声场能够有效传递到熔池内部,在超声场作用下熔凝区耐蚀性提高,成形件内部残余应力得到优化,但冲击性能却有所降低。采用数值模拟与实验相结合的方法为超声辅助激光沉积修复机理的更深入研究奠定了基础。
【关键词】：激光沉积修复 超声场 数值模拟 流动场 温度场 力学性能
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG665
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 激光沉积修复技术及应用12-18
• 1.1.1 激光沉积修复技术的原理12-14
• 1.1.2 国外研究现状14-15
• 1.1.3 国内研究现状15-18
• 1.2 功率超声18-20
• 1.2.1 功率超声简介18
• 1.2.2 功率超声在材料成形中的应用18-19
• 1.2.3 超声振动过程中数值模拟的应用19-20
• 1.3 课题研究的意义及内容20-22
• 1.3.1 课题研究的意义20-21
• 1.3.2 课题研究的内容21-22
• 第2章 超声辅助激光沉积修复过程超声设备搭建22-29
• 2.1 功率超声技术及设备搭建的原理22-23
• 2.1.1 功率超声技术原理22-23
• 2.1.2 超声振动设备搭建原理23
• 2.2 超声振动系统组成23-26
• 2.2.1 超声波驱动电源23-24
• 2.2.2 超声换能器24-25
• 2.2.3 超声变幅杆25-26
• 2.3 超声施加方式及作用效果验证26-28
• 2.3.1 不同超声施加方式26-27
• 2.3.2 超声辅助激光沉积作用效果验证27-28
• 本章小结28-29
• 第3章 超声辅助激光沉积修复振动系统振动特性研究29-37
• 3.1 超声场及介质的特征量29-30
• 3.2 ANSYS软件简介30-33
• 3.2.1 ANSYS程序功能介绍31
• 3.2.2 ANSYS谐响应分析31-33
• 3.3 基于实验用基板的ANSYS谐响应分析33-35
• 3.3.1 有限元模型的建立33
• 3.3.2 加载及求解33-34
• 3.3.3 结果与分析34-35
• 3.4 基板振型验证35-36
• 3.4.1 数值计算验证35
• 3.4.2 物理实验验证35-36
• 本章小结36-37
• 第4章 超声辅助激光熔凝熔池温度场及流场数值模拟37-52
• 4.1 FLUENT软件简介37-38
• 4.2 超声辅助激光沉积修复内部声场数值模拟38-41
• 4.2.1 网格模型的生成38
• 4.2.2 流体体积模型的选择38-39
• 4.2.3 基于动网格的声场数值模拟39-40
• 4.2.4 声场结果与分析40-41
• 4.3 超声辅助激光沉积修复温度场及流场数值模拟41-51
• 4.3.1 数值模型的建立41-45
• 4.3.2 材料的热物性参数45-46
• 4.3.3 几何模型的建立及网格划分46
• 4.3.4 模拟结果及分析46-51
• 本章小结51-52
• 第5章 超声辅助激光沉积修复实验研究52-61
• 5.1 实验设备52
• 5.2 激光熔凝实验52-60
• 5.2.1 实验过程52-53
• 5.2.2 熔凝结果分析53-55
• 5.2.3 超声振动对组织的影响55-56
• 5.2.4 超声振动对激光沉积修复件残余应力的影响56-57
• 5.2.5 超声振动对激光沉积修复件冲击性能的影响57-60
• 本章小结60-61
• 结论61-63
• 参考文献63-66
• 致谢66-68
• 攻读硕士期间发表的学术论文68

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