强流脉冲电子束材料改性表层温度场数值模拟

发布时间：2018-07-21 22:20

【摘要】：本论文以钢、铝和镁为改性材料,讨论了强流脉冲电子束对材料的热效应作用规律。首先,我们考虑强流脉冲电子束能量沉积特点,采用瞬态的传热方程对强流脉冲电子束表面改性的温度场给予了合理的物理描述,建立了材料表层的温度场模型,利用交替方向隐式差分法求解温度场并编制C语言计算程序,对其进行数值模拟。在温度场数值模拟计算中,分别模拟了钢、镁和铝在加速电压23.4、27和30 kV时材料表层的温度场分布,并通过数据处理进一步获得熔化深度、加热冷却速度和凝固速度等特征数据。计算结果表明,随着强流脉冲电子束加速电压增大,三种材料的熔化深度均显著增加,但表层的冷却速度会相应减小,凝固速度依次降低。改性表层的加热和冷却速度都达～109 K/s,对应加速电压23.4 kV时的钢的凝固速度为4 m/s,铝的凝固速度为9.41 m/s,镁的凝固速度为6.6 m/s。强流脉冲电子束材料改性表层的温度场模拟可为工艺分析提供参考,在熔化深度和凝固与冷却速度等方面给出合理选择。
[Abstract]:In this paper, the thermal effect of high current pulsed electron beam on steel, aluminum and magnesium is discussed. Firstly, considering the characteristics of high current pulsed electron beam energy deposition, the transient heat transfer equation is used to describe the temperature field of high current pulsed electron beam surface modification reasonably, and the temperature field model of material surface is established. The alternating direction implicit difference method is used to solve the temperature field and a C language program is developed to simulate the temperature field. In the numerical simulation of temperature field, the temperature field distribution of steel, magnesium and aluminum in the surface layer of steel, magnesium and aluminum at the accelerating voltage of 23.4kv and 30kV were simulated, and the characteristic data of melting depth, heating cooling rate and solidification rate were obtained by data processing. The results show that the melting depth of the three materials increases significantly with the increase of the accelerating voltage of the intense pulsed electron beam, but the cooling rate of the surface layer decreases and the solidification rate decreases in turn. The heating and cooling rates of the modified surface layer are up to 109K / s, corresponding to the solidification rate of 4m / s for 23.4 kV steel, 9.41 m / s for aluminum and 6.6 m / s for magnesium. The simulation of temperature field of the surface layer modified by pulsed electron beam materials can be used as a reference for process analysis, and reasonable selection of melting depth and solidification and cooling rate is given.
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG178

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 万柄男;张罡;莫春立;;强流脉冲离子束辐照钢靶热力学效应数值模拟[J];沈阳理工大学学报;2008年05期

2 朱小鹏;董志宏;刘臣;韩晓光;雷明凯;;强流脉冲离子束表面再制造技术原理与应用[J];中国表面工程;2006年S1期

3 秦颖,吴爱民,邹建新,刘悦,王晓钢,董闯;强流脉冲电子束轰击产生表面熔坑的数值模拟研究[J];金属热处理学报;2003年01期

4 邹建新,吴爱民,秦颖,郝胜智,宋丽丽,王晓钢,董闯;强流脉冲电子束轰击作用下的扩散模型及其数值计算[J];核技术;2004年09期

5 刘振民,郝胜智,史维东,陈立,董闯;钛离子注入9Cr18钢的强流脉冲电子束后处理[J];核技术;2000年07期

6 雷明凯;刘臣;董志宏;韩晓光;;强流脉冲离子束辐照涡轮叶片表面的清洗加工[J];中国机械工程;2007年05期

7 邹建新,秦颖,吴爱民,郝胜智,王晓钢,董闯;强流脉冲电子束纯铝表面改性过程的热力学模拟[J];核技术;2004年07期

8 曾令荣;牛建平;神克常;李立新;毛慧英;;强流脉冲离子束辐照金属材料表面的研究现状及进展[J];热加工工艺;2013年10期

9 陈卓君;李柏姝;章颖莹;张祖立;;强流离子束对金属表面强化的研究进展[J];机械设计与制造;2008年12期

10 闫忠琳;陈锐;金磊;;强流脉冲电子束改性过程温度场数值模拟[J];表面技术;2012年02期

相关会议论文 前10条

1 吕建钦;李金海;;强流离子束的非线性传输[A];2004全国荷电粒子源、粒子束学术会议论文集[C];2004年

2 郭之虞;徐蓉;明建川;邹宇斌;高淑丽;赵捷;彭士香;吴文忠;钱锋;宋执中;于金祥;袁忠喜;于茂林;;强流离子束发射度测量技术[A];第三届全国粒子加速器技术学术交流会论文集[C];2007年

3 明建川;袁忠喜;郭之虞;宋执中;于金祥;彭士香;宋翔翔;邹宇斌;;强流离子束发射度仪[A];2004全国荷电粒子源、粒子束学术会议论文集[C];2004年

4 吴文忠;郭之虞;于金祥;宋执中;张征芳;吕建钦;于茂林;王忠义;邹宇斌;;强流离子束发射度仪研制[A];第三届北京核学会核应用技术学术交流会论文集[C];2004年

5 姜冲;马鹰俊;李立强;邓金亭;王荣文;崔保群;蒋渭生;;低能强流离子束装置的研制[A];2004全国荷电粒子源、粒子束学术会议论文集[C];2004年

6 吴迪;张建红;王静;雷明凯;宫野;;强流脉冲离子束辐照混合双层靶的数值研究[A];第九届真空冶金与表面工程学术会议论文摘要集[C];2009年

7 吴迪;张建红;王静;雷明凯;宫野;;强流脉冲离子束辐照混合双层靶的数值研究(英文)[A];真空技术与表面工程——第九届真空冶金与表面工程学术会议论文集[C];2009年

8 郭之虞;徐蓉;明建川;高淑丽;彭士香;钱锋;宋执中;吴文忠;于金祥;袁忠喜;于茂林;赵捷;邹宇斌;;强流离子束发射度测量技术[A];第三届全国加速器技术学术交流会论文摘要集[C];2007年

9 杨海亮;邱爱慈;孙剑锋;高屹;苏兆锋;孙凤举;李静雅;梁天学;尹佳辉;曾江涛;黄建军;任书庆;张永民;;强流脉冲粒子束技术研究新进展[A];2008年全国荷电粒子源、粒子束学术会议暨中国电工技术学会第十二届电子束离子束学术年会、中国电子学会焊接专业委员会第九届全国电子束焊接学术交流会、粒子加速器学会第十一届全国离子源学术交流会、中国机械工程学会焊接分会2008年全国高能束加工技术研讨会、北京电机工程学会第十届粒子加速器学术交流会论文集[C];2008年

10 彭士香;吕鹏南;任海涛;张萌;袁忠喜;赵捷;于金祥;宋执中;郭之虞;;低能强流离子束空间电荷补偿的研究[A];2010全国荷电粒子源、粒子束学术会议论文集[C];2010年

相关重要报纸文章 前3条

1 记者 汪永安;“人造太阳”实验装置首获兆瓦级强流离子束[N];安徽日报;2012年

2 唐先武 罗焱文;我国自主研制成功小型回旋加速器[N];科技日报;2009年

3 李健吾;我国研制成功小型回旋加速器[N];中国知识产权报;2010年

相关博士学位论文 前9条

1 张向东;强流脉冲电子束钛基和镍基合金表面改性[D];大连理工大学;2011年

2 夏连胜;天鹅绒阴极强流多脉冲发射特性研究[D];中国工程物理研究院;2005年

3 徐蓉;低能强流脉冲离子束的发射度与离子比测量[D];北京大学;2008年

4 关庆丰;强流脉冲电子束作用下金属材料的微观结构状态[D];吉林大学;2005年

5 杨兴林;强流直线感应加速器故障诊断与性能评估技术研究[D];中国工程物理研究院;2006年

6 吴迪;强流脉冲离子束与靶材相互作用的数值研究[D];大连理工大学;2006年

7 刘臣;强流脉冲离子束辐照的冲击加工与强化作用研究[D];大连理工大学;2009年

8 苗收谋;强流脉冲离子束辐照材料表面烧蚀作用研究[D];大连理工大学;2006年

9 毕远杰;强流回旋加速器中束流损失和辐射场研究[D];清华大学;2011年

相关硕士学位论文 前10条

1 孙晓宇;强流脉冲电子束材料改性表层温度场数值模拟[D];大连理工大学;2015年

2 安春香;强流脉冲电子束作用下面心立方金属缺陷结构形成与演化[D];吉林大学;2006年

3 崔烈山;强流脉冲离子束辐照金属表面的模拟研究[D];沈阳航空航天大学;2014年

4 万柄男;强流脉冲离子束辐照45~#钢靶表面热力学效应数值模拟[D];沈阳理工大学;2009年

5 韩丹;强流脉冲电子束40CrNiMo7钢表面改性实验研究[D];大连理工大学;2013年

6 张凤;强流脉冲离子束辐照钛合金表面改性的机理研究[D];沈阳理工大学;2011年

7 曹磊;高温合金强流脉冲束流表面改性机理及工艺[D];沈阳理工大学;2013年

8 田敬北;五种初始分布强流离子束的径向密度分布和晕离子的径向概率分布研究[D];广西师范大学;2005年

9 丰新宇;强流脉冲离子束辐照材料应用基础研究[D];沈阳理工大学;2010年

10 王晓东;强流脉冲离子束与双层靶相互作用的数值研究[D];大连理工大学;2006年

，

本文编号：2137038