选区激光熔化温度场与熔池流动行为研究
发布时间：2021-07-15 17:16
增材制造技术变革了传统的减材加工方式,对具有复杂几何特征的零件具有较强的加工适用性,在航空、航天、汽车等领域有广泛的应用前景。选区激光熔化作为增材制造技术中的一种,具有精度高、材料利用率高、污染小等优点,但是由于熔池不稳定流动带来的孔型缺陷和球化效应等问题,以及由剧烈变化的温度场引起的残余应力问题,制约了这项技术的广泛应用。因而研究孔型缺陷、球化效应产生机理及准确获取温度场信息,对发展选区激光熔化技术具有重要意义。本文采用离散单元法建立了粉末尺度下的铺粉模型,采用有限体积法建立了熔池流体力学模型和粉层尺度下的温度场模型,利用多尺度建模方法对选区激光熔化过程进行模拟仿真。研究不同底面条件下铺粉后粉末分布情况,使用平均配位数和堆积密度表征粉床的致密度,将铺粉模型模拟结果导入到熔池流体力学模型中预测熔池流动行为;使用堆积密度求解粉层热导率,研究激光功率对温度历程的影响。采用激光共聚焦显微镜和超景深显微镜观测增材件表面成形形貌,采用红外测温试验测量选区激光熔化过程温度历程,验证多尺度模型的可靠性。通过对熔池流动行为的理论及实验分析,建立了熔池流动行为与熔道间未熔合孔洞、球化效应的关系。研究结果...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 金属激光增材制造原理及其分类
1.1.1 激光近净成形技术
1.1.2 选区激光熔化技术
1.2 SLM工艺研究现状
1.2.1 SLM铺粉过程研究现状
1.2.2 SLM温度场研究现状
1.2.3 SLM熔池流体力学研究现状
1.3 选区激光熔化研究方法
1.3.1 离散单元法简介
1.3.2 计算流体力学简介
1.3.3 红外测温原理简介
1.4 主要研究内容
2 选区激光熔化与红外测温实验方案
2.1 选区激光熔化实验
2.1.1 实验设备
2.1.2 实验材料
2.2 红外测温实验
2.2.1 发射率标定实验
2.2.2 选区激光熔化温度测量实验
3 选区激光熔化多尺度建模
3.1 选区激光熔化铺粉模型建模
3.1.1 线性弹簧接触模型
3.1.2 铺粉过程建模
3.1.3 不同底面状态上铺粉模型建模
3.2 选区激光熔化温度场模型建模
3.2.1 几种激光热源模型简介
3.2.2 温度场模型建模
3.3 选区激光熔化熔池CFD模型建模
3.3.1 熔池熔化凝固模拟
3.3.2 熔池流体力学控制方程
3.4 本章小结
4 多尺度模型仿真结果与实验验证
4.1 选区激光熔化铺粉模型仿真结果与实验验证
4.2 选区激光熔化温度场模型仿真结果与实验验证
4.3 选区激光熔化熔池流体力学模型仿真结果与实验验证
4.4 本章小结
5 球化效应和未熔合气孔与熔池流动行为的关系
5.1 熔池典型形貌特征
5.2 球化效应与熔池流动行为的关系
5.2.1 Plateau-Rayleigh不稳引起的球化
5.2.2 Marangoni效应对球化的影响
5.3 底面形态对熔道球化的影响
5.3.1 底面形态对熔道球化和熔池流动行为的影响
5.3.2 不同底面形态下激光功率对熔池流动行为的影响
5.4 未熔合孔洞与熔池流动行为的关系
5.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]多孔陶瓷材料力学特性的离散单元法定量模拟[J]. 周爽,苏景林,刘晓星,安百钢,喻寅,贺红亮,张泉,冯勇进,王晓宇. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(06)
[2]选区激光熔化316L温度场研究[J]. 段成红,郝晓杰,罗翔鹏. 应用激光. 2018(05)
[3]多尺度构型—多材料融合的功能结构增材制造技术[J]. 明宪良,唐晔,汪小明,朱荣全,范长超,王耿. 工业技术创新. 2018(04)
[4]通风空调系统设计中暖通空调新技术的应用[J]. 王哲毅. 居舍. 2018(14)
[5]选区激光熔化成型悬垂结构特征模拟分析[J]. 林会杰,沈理达,姜金辉,谢德巧,梁绘昕,范钦春. 航空学报. 2018(07)
[6]增材制造原材料发展现状[J]. 邓丽荣,王晓刚,陆树河,华小虎. 科技资讯. 2016(24)
[7]F-Theta自由曲面透镜的精密与镜面磨削[J]. 谢晋,孙晋祥,黎宇弘,李青,李楠. 机械工程学报. 2016(17)
[8]Selective laser melting 3D printing of Ni-based superalloy:understanding thermodynamic mechanisms[J]. Mujian Xia,Dongdong Gu,Guanqun Yu,Donghua Dai,Hongyu Chen,Qimin Shi. Science Bulletin. 2016(13)
[9]激光增材制造技术的研究现状及发展趋势[J]. 杨强,鲁中良,黄福享,李涤尘. 航空制造技术. 2016(12)
[10]扫描策略对金属粉末选区激光熔化温度场的影响[J]. 陈德宁,刘婷婷,廖文和,张长东,张凯. 中国激光. 2016(04)
博士论文
[1]基于红外热成像的温度场测量关键技术研究[D]. 王华伟.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2013
[2]离散单元法在金属粉末高速压制成形过程中的应用研究[D]. 王爽.中南大学 2012
[3]基于红外热像仪的温度测量技术及其应用研究[D]. 李云红.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]基于流固耦合的血管及血液两相研究[D]. 韩嘉玮.西安理工大学 2018
[2]多通道同轴送粉喷嘴气粉流汇聚特性研究[D]. 张琦.大连理工大学 2018
[3]机车电子元器件通风散热系统的仿真与分析[D]. 张金龙.大连交通大学 2017
[4]Inconel 718合金选区激光熔化温度场及微熔池传热研究[D]. 王佳琛.哈尔滨工业大学 2016
[5]激光选区熔化成型零件表面粗糙度研究及在免组装机构中的应用[D]. 刘睿诚.华南理工大学 2014
[6]基于FLUENT的双丝焊焊接熔池热场及流场数值模拟研究[D]. 张翔.太原科技大学 2014
本文编号：3286131
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 金属激光增材制造原理及其分类
1.1.1 激光近净成形技术
1.1.2 选区激光熔化技术
1.2 SLM工艺研究现状
1.2.1 SLM铺粉过程研究现状
1.2.2 SLM温度场研究现状
1.2.3 SLM熔池流体力学研究现状
1.3 选区激光熔化研究方法
1.3.1 离散单元法简介
1.3.2 计算流体力学简介
1.3.3 红外测温原理简介
1.4 主要研究内容
2 选区激光熔化与红外测温实验方案
2.1 选区激光熔化实验
2.1.1 实验设备
2.1.2 实验材料
2.2 红外测温实验
2.2.1 发射率标定实验
2.2.2 选区激光熔化温度测量实验
3 选区激光熔化多尺度建模
3.1 选区激光熔化铺粉模型建模
3.1.1 线性弹簧接触模型
3.1.2 铺粉过程建模
3.1.3 不同底面状态上铺粉模型建模
3.2 选区激光熔化温度场模型建模
3.2.1 几种激光热源模型简介
3.2.2 温度场模型建模
3.3 选区激光熔化熔池CFD模型建模
3.3.1 熔池熔化凝固模拟
3.3.2 熔池流体力学控制方程
3.4 本章小结
4 多尺度模型仿真结果与实验验证
4.1 选区激光熔化铺粉模型仿真结果与实验验证
4.2 选区激光熔化温度场模型仿真结果与实验验证
4.3 选区激光熔化熔池流体力学模型仿真结果与实验验证
4.4 本章小结
5 球化效应和未熔合气孔与熔池流动行为的关系
5.1 熔池典型形貌特征
5.2 球化效应与熔池流动行为的关系
5.2.1 Plateau-Rayleigh不稳引起的球化
5.2.2 Marangoni效应对球化的影响
5.3 底面形态对熔道球化的影响
5.3.1 底面形态对熔道球化和熔池流动行为的影响
5.3.2 不同底面形态下激光功率对熔池流动行为的影响
5.4 未熔合孔洞与熔池流动行为的关系
5.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]多孔陶瓷材料力学特性的离散单元法定量模拟[J]. 周爽,苏景林,刘晓星,安百钢,喻寅,贺红亮,张泉,冯勇进,王晓宇. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(06)
[2]选区激光熔化316L温度场研究[J]. 段成红,郝晓杰,罗翔鹏. 应用激光. 2018(05)
[3]多尺度构型—多材料融合的功能结构增材制造技术[J]. 明宪良,唐晔,汪小明,朱荣全,范长超,王耿. 工业技术创新. 2018(04)
[4]通风空调系统设计中暖通空调新技术的应用[J]. 王哲毅. 居舍. 2018(14)
[5]选区激光熔化成型悬垂结构特征模拟分析[J]. 林会杰,沈理达,姜金辉,谢德巧,梁绘昕,范钦春. 航空学报. 2018(07)
[6]增材制造原材料发展现状[J]. 邓丽荣,王晓刚,陆树河,华小虎. 科技资讯. 2016(24)
[7]F-Theta自由曲面透镜的精密与镜面磨削[J]. 谢晋,孙晋祥,黎宇弘,李青,李楠. 机械工程学报. 2016(17)
[8]Selective laser melting 3D printing of Ni-based superalloy:understanding thermodynamic mechanisms[J]. Mujian Xia,Dongdong Gu,Guanqun Yu,Donghua Dai,Hongyu Chen,Qimin Shi. Science Bulletin. 2016(13)
[9]激光增材制造技术的研究现状及发展趋势[J]. 杨强,鲁中良,黄福享,李涤尘. 航空制造技术. 2016(12)
[10]扫描策略对金属粉末选区激光熔化温度场的影响[J]. 陈德宁,刘婷婷,廖文和,张长东,张凯. 中国激光. 2016(04)
博士论文
[1]基于红外热成像的温度场测量关键技术研究[D]. 王华伟.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2013
[2]离散单元法在金属粉末高速压制成形过程中的应用研究[D]. 王爽.中南大学 2012
[3]基于红外热像仪的温度测量技术及其应用研究[D]. 李云红.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]基于流固耦合的血管及血液两相研究[D]. 韩嘉玮.西安理工大学 2018
[2]多通道同轴送粉喷嘴气粉流汇聚特性研究[D]. 张琦.大连理工大学 2018
[3]机车电子元器件通风散热系统的仿真与分析[D]. 张金龙.大连交通大学 2017
[4]Inconel 718合金选区激光熔化温度场及微熔池传热研究[D]. 王佳琛.哈尔滨工业大学 2016
[5]激光选区熔化成型零件表面粗糙度研究及在免组装机构中的应用[D]. 刘睿诚.华南理工大学 2014
[6]基于FLUENT的双丝焊焊接熔池热场及流场数值模拟研究[D]. 张翔.太原科技大学 2014
本文编号：3286131
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3286131.html
