激光熔覆技术的温度场数值模拟分析

发布时间：2025-02-13 19:41

　　激光熔覆在零件的成形与修复方面有十分广泛的应用。但激光熔覆是一个急冷急热的过程,成形过程的温度梯度、冷却速度和应力分布对熔覆层质量有直接作用,目前采用实验方法测量熔池温度场和应力场的变化规律十分困难。本文通过数值模拟的方法,对激光熔覆过程中的温度场和应力场进行分析,揭示了激光熔覆成形组织生长机理,并通过实验对模型的正确性进行了验证。首先,基于ANSYS的APDL语言进行参数化编程,建立了移动激光热源作用下的三维瞬态单道、多道搭接及多层激光熔覆温度场的有限元模型。研究了激光熔覆的工艺参数(激光功率、扫描速度、光斑半径)对温度场的影响、熔覆过程中温度场的变化规律、特定节点的温度-时间历程曲线、温度梯度和冷却速率。分析发现:取样点温度随着激光功率的增加是成比例增大的,光斑半径越小,扫描速度越慢,温度越高。不同时刻的温度场不同,节点的温度-时间历程曲线呈现出周期的变化特点,在熔覆层中,中间节点比端部节点的最高温度要低,这就被称为“端部效应”。然后,基于激光熔覆过程的温度场有限元模拟,进行热应力分析。研究发现:在熔覆过程中,熔覆层内部最终会产生拉应力。在各个方向上,熔覆层节点的拉应力都是不同的,最...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图2.1激光熔覆示意图

图2.1激光熔覆示意图源模型和热源载荷的施加：即在模型上的热输入，热源的种类是由的角度，利用函数关系描述热源分布。计激光热源模型的影响，它也会影响温度场要在仿真过程中探讨热源模型的区别。表2-1热源模型特点不用于数值模拟激光熔覆过程，用于计算载二维，有集中热源，可用于计....

图2.2高斯分布的热源模型

图2.2高斯分布的热源模型表达式为：exp(3)22Rrqm（2-6）密度、和分别为例激光光斑中心距离以及激于离激光光斑中心距离处的热源密度用表rRrq(r)型的热源可以更好地模拟，使模型的精度更准、型没有考虑熔覆材料和基体材料会被激光束穿透，但是这样和实验中激光熔覆有很....

图2.3温度场模拟流程

新疆大学硕士学位论文DL语言来处理，激活单元就是熔覆单元被激光束扫描到的时候，在单元上加载激光热源，熔覆工艺在指定的时间内完成。当熔覆在此单元完成后，激源将离开熔覆单元，紧接着是熔覆工艺的下一步骤，然后进行循环加载。可出，熔覆成形过程的动态生成可以准确地被反映在热源模型的建立中....

图2.4应力场模拟流程

新疆大学硕士学位论文DL语言来处理，激活单元就是熔覆单元被激光束扫描到的时候，在单元上加载激光热源，熔覆工艺在指定的时间内完成。当熔覆在此单元完成后，激源将离开熔覆单元，紧接着是熔覆工艺的下一步骤，然后进行循环加载。可出，熔覆成形过程的动态生成可以准确地被反映在热源模型的建立中....

本文编号：4034020