高铁制动盘用24CrNiMo材料选区激光熔化宏观尺度模拟研究
发布时间：2021-01-10 04:17
作为智能制造的核心技术之一,增材制造（AM）近年来在全球迅速升温。而作为金属精密成形代表的选区激光熔化（SLM）成为了行业内广泛研究的重点技术,目前已逐渐应用于航空航天、汽车、医疗、石油化工、模具等领域。由于涉及多场耦合、多尺度等复杂物理冶金过程,采用实验手段难以全面揭示其工艺过程的相关机理与规律,因而有限元等宏观尺度数值模拟成为了研究SLM工艺的重要手段之一。在建立以多重传热机制为主的温度场理论和以热弹塑性方法为主的应力场理论基础上,通过ABAQUS建立了 SLM多层多道有限元模型,通过理论计算、实验测量和Jmatpro模拟确定了 24CrNiMo粉末及实体的材料参数,通过model change功能实现了成形层的顺序激活过程,通过USDFLD子程序实现了粉末向实体的转化过程,通过DFLUX子程序实现了热源模型移动加载过程。采用SLM设备进行了 24CrNiMo合金钢单道及块体成形实验,利用光学显微镜观察形貌,得到了成形质量较优的工艺参数（激光功率200-300W、扫描速度150-250mm/s）,并通过拟合熔池结构尺寸,确定了双椭球热源模型参数（a=b=120μm,c=160μm,...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 增材制造技术介绍
1.2 金属增材制造技术的应用
1.2.1 航空航天
1.2.2 军工
1.2.3 生物医疗
1.2.4 传统工业
1.3 高性能合金钢的应用
1.4 选区激光熔化有限元模拟研究进展
1.4.1 国内研究进展
1.4.2 国外研究进展
1.5 项目来源及研究内容
1.5.1 项目来源
1.5.2 研究内容
第二章 选区激光熔化有限元分析理论基础及关键技术
2.1 温度场有限元分析理论
2.1.1 温度控制方程
2.1.2 边界条件
2.1.3 相变潜热
2.1.4 热源模型
2.2. 应力场有限元分析理论
2.2.1 塑性理论
2.2.2 热弹塑性方程
2.3 有限元分析关键技术
2.3.1 模型创建及网格划分
2.3.2 材料属性
2.3.3 生死单元技术
2.3.4 热源加载
2.4 本章小结
第三章 选区激光熔化实验研究
3.1 实验材料
3.2 实验设备
3.3 工艺参数探索
3.4 热源参数校核
3.5 本章小结
第四章 选区激光熔化模拟技术研究
4.1 技术问题与方式
4.2 逐渐激活与逐道激活
4.3 大基板与小基板
4.4 有铺粉步与无铺粉步
4.5 本章小结
第五章 选区激光熔化温度应力分析
5.1 有限元计算设置
5.1.1 温度场有限元计算设置
5.1.2 应力场有限元计算方法及设置
5.2 温度/应力场分布及变化规律
5.2.1 温度场分布及变化规律
5.2.2 应力场分布及变化规律
5.3 激光功率对温度/应力场影响规律
5.3.1 激光功率对温度场影响规律
5.3.2 激光功率对应力场影响规律
5.4 扫描速度对温度/应力场影响规律
5.4.1 扫描速度对温度场影响规律
5.4.2 扫描速度对应力场影响规律
5.5 扫描间距对温度/应力场影响规律
5.5.1 扫描间距对温度场影响规律
5.5.2 扫描间距对应力场影响规律
5.6 分区扫描对温度/应力场影响规律
5.7 层间转角对温度/应力场影响规律
5.8 预热温度对温度/应力场影响规律
5.8.1 预热温度对温度场影响规律
5.8.2 预热温度对应力场影响规律
5.9 本章小结
第六章 选区激光熔化高铁制动盘应力变形分析
6.1 高铁制动盘残余应力及变形
6.2 工艺参数对应力变形影响规律
6.3 成形方向对应力变形影响规律
6.4 热处理对应力变形影响规律
6.5 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者和导师简介
附件
本文编号：2968044
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 增材制造技术介绍
1.2 金属增材制造技术的应用
1.2.1 航空航天
1.2.2 军工
1.2.3 生物医疗
1.2.4 传统工业
1.3 高性能合金钢的应用
1.4 选区激光熔化有限元模拟研究进展
1.4.1 国内研究进展
1.4.2 国外研究进展
1.5 项目来源及研究内容
1.5.1 项目来源
1.5.2 研究内容
第二章 选区激光熔化有限元分析理论基础及关键技术
2.1 温度场有限元分析理论
2.1.1 温度控制方程
2.1.2 边界条件
2.1.3 相变潜热
2.1.4 热源模型
2.2. 应力场有限元分析理论
2.2.1 塑性理论
2.2.2 热弹塑性方程
2.3 有限元分析关键技术
2.3.1 模型创建及网格划分
2.3.2 材料属性
2.3.3 生死单元技术
2.3.4 热源加载
2.4 本章小结
第三章 选区激光熔化实验研究
3.1 实验材料
3.2 实验设备
3.3 工艺参数探索
3.4 热源参数校核
3.5 本章小结
第四章 选区激光熔化模拟技术研究
4.1 技术问题与方式
4.2 逐渐激活与逐道激活
4.3 大基板与小基板
4.4 有铺粉步与无铺粉步
4.5 本章小结
第五章 选区激光熔化温度应力分析
5.1 有限元计算设置
5.1.1 温度场有限元计算设置
5.1.2 应力场有限元计算方法及设置
5.2 温度/应力场分布及变化规律
5.2.1 温度场分布及变化规律
5.2.2 应力场分布及变化规律
5.3 激光功率对温度/应力场影响规律
5.3.1 激光功率对温度场影响规律
5.3.2 激光功率对应力场影响规律
5.4 扫描速度对温度/应力场影响规律
5.4.1 扫描速度对温度场影响规律
5.4.2 扫描速度对应力场影响规律
5.5 扫描间距对温度/应力场影响规律
5.5.1 扫描间距对温度场影响规律
5.5.2 扫描间距对应力场影响规律
5.6 分区扫描对温度/应力场影响规律
5.7 层间转角对温度/应力场影响规律
5.8 预热温度对温度/应力场影响规律
5.8.1 预热温度对温度场影响规律
5.8.2 预热温度对应力场影响规律
5.9 本章小结
第六章 选区激光熔化高铁制动盘应力变形分析
6.1 高铁制动盘残余应力及变形
6.2 工艺参数对应力变形影响规律
6.3 成形方向对应力变形影响规律
6.4 热处理对应力变形影响规律
6.5 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者和导师简介
附件
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