基于VOF法的激光熔覆层形貌预测与组织研究
发布时间：2021-05-19 11:13
激光熔覆技术作为一种绿色高效的先进制造技术,也是金属立体成形和增材制造的基础,适用于精密复杂零件的快速成形,广泛的运用在航空航天、大型装备以及生物医疗等领域。由于激光熔覆加工过程是一个多物理场耦合,多工艺参数相互作用的过程,熔覆过程中复杂的传热传质现象都影响着最终成形件的性能,制约了该技术的推广与发展。因此制造性能优异可靠性高的零件,不仅需要克服成形过程中工艺原因导致的缺陷,并且需要更加深入的理解成形过程中传热传质的机理,实现对凝固组织的进一步调控。本文利用激光熔覆技术在45号钢上制备了316L不锈钢合金涂层,采取实验与仿真对比检验的方式,基于有限体积法使用FLUENT建立了三维瞬态激光熔覆的动态模型,考虑激光熔覆过程中的传热传质作用,利用VOF方法动态追踪熔覆过程中沉积层的动态生长过程,结合正交实验探索不同工艺参数对熔覆层几何形貌以及熔池凝固特征参数的影响,旨在建立熔覆工艺—凝固组织—最终性能的定量联系,为激光熔覆增材制造提供理论基础,研究内容结果如下:（1）分析了不同激光功率扫描速度以及送粉速率对熔覆层几何形貌特征的影响,分析了对熔覆层几何形貌特征起主导作用的因素,正交实验与数值模...
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 激光熔覆工艺研究现状
1.2.1 激光熔覆技术简介
1.2.2 激光熔覆工艺实验研究现状
1.2.3 激光熔覆数值模拟研究现状
1.3 存在问题
1.4 技术路线与研究内容
第二章 实验系统及数值模型建立
2.1 实验设备及材料
2.1.1 实验设备
2.1.2 实验材料
2.1.3 试样制备设备
2.2 模型基本假设与控制方程
2.2.1 数值模拟模型基本假设
2.2.2 数值模拟模型控制方程
2.3 模型修正与处理
2.3.1 传热方程修正
2.3.2 动量源项修正
2.3.3 界面追踪及求解方法
2.4 边界条件与源项设置
2.5 本章小结
第三章 激光熔覆316L特征形貌分析
3.1 引言
3.2 工艺参数与单道熔覆几何特征的联系
3.2.1 正交实验结果分析
3.3 熔池演化数值模拟分析
3.3.1 熔池演化过程分析
3.3.2 单道熔覆特征形貌数值模拟
3.4 本章小结
第四章 基于数值模拟结果的二次回归拟合
4.1 引言
4.2 二次回归正交法优化分析
4.2.1 回归方程的一般形式
4.2.2 正交组合设计及因素水平确定
4.2.3 回归方程计算
4.3 回归方程检验
4.3.1 回归方程显著性检验
4.3.2 回归方程预测对比
4.4 本章小结
第五章 激光熔覆熔体流动与凝固组织分析
5.1 引言
5.2 激光熔覆温度场数值模拟分析
5.2.1 熔池温度变化特征
5.2.2 激光熔覆温度场分布
5.2.3 工艺参数对温度场分布的影响
5.3 激光熔覆熔池流动数值模拟分析
5.3.1 激光熔覆温度梯度分布特征
5.3.2 熔池流场分布特征
5.4 激光熔覆凝固组织分析
5.4.1 凝固界面特征参数分析
5.4.2 工艺参数对凝固参数的影响
5.4.3 冷却速率与凝固组织的定量分析
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
作者简介
1 作者简历
2 参与的科研项目及获奖情况
3 已录用和发表的论文
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于KGT模型的铸造Mg-6Zn合金枝晶间距计算[J]. 张诗昌,卢姿,吴志林,徐烁. 特种铸造及有色合金. 2019(08)
[2]三光束光内送丝激光熔覆温度场仿真分析与工艺优化[J]. 张吉平,石世宏,蒋伟伟,石拓,吉绍山. 中国激光. 2019(10)
[3]钛合金表面激光熔覆熔池的数值模拟[J]. 熊安辉,丁洁琼,刘延辉,张晓梦,邵善家. 应用激光. 2019(03)
[4]“中国制造2025”和德国“工业4.0”对比研究[J]. 熊检. 中国集体经济. 2019(10)
[5]增强相颗粒对激光熔注凝固组织影响的相场法研究[J]. 李德英,张坚,邓志成. 热加工工艺. 2018(10)
[6]定向凝固法制备单晶高温合金一次枝晶间距研究[J]. 张小丽,杨亚楠,刘贵群,耿桂宏,杨铠丞,李宝青. 铸造技术. 2018(01)
[7]倾斜基体对激光熔覆能量分布的影响研究[J]. 李海波,李涛,王鑫林,徐海岩,张洪潮. 应用激光. 2017(03)
[8]激光熔覆中工艺参数对形成层几何特征及硬度影响分析[J]. 沈毅鸿,张元良,李涛,王金龙. 大连理工大学学报. 2017(03)
[9]工艺参数对IC10高温合金激光熔覆层形貌的影响[J]. 邢彬,常保华,都东. 焊接学报. 2015(07)
[10]基于遗传神经网络的镍基高温合金激光熔覆层形貌质量预测[J]. 杨友文,田宗军,潘浒,王东生,沈理达. 焊接学报. 2013(11)
博士论文
[1]激光增材制造Inconel 718合金凝固组织调控及机理研究[D]. 肖辉.湖南大学 2017
硕士论文
[1]激光选区熔化过程中熔池温度场及形貌演化的数值模拟[D]. 叶唯娟.西安理工大学 2019
[2]高强铝合金搅拌摩擦焊接头冷喷涂腐蚀防护研究[D]. 赵常宇.北京石油化工学院 2019
[3]面向再制造的激光熔覆的工艺参数多目标优化[D]. 许向川.中北大学 2019
[4]多维高频振动对激光熔覆成形组织及其性能的调控研究[D]. 聂艳斌.浙江工业大学 2019
[5]激光增材制造Inconel 718合金熔池形貌及凝固参数分析[D]. 周璨.湖南大学 2018
[6]基于相场法的皮秒激光对金属铜的微观组织影响研究[D]. 薛宁.江苏大学 2018
[7]基于CA法钛合金激光快速成形晶粒生长模拟研究[D]. 王宗园.沈阳航空航天大学 2017
[8]激光填粉焊接熔池流动数值模拟[D]. 胡雪.哈尔滨工业大学 2016
[9]二次回归正交法53/5t桥式起重机主梁结构优化设计[D]. 贾晓明.辽宁工程技术大学 2015
[10]工艺参数对激光熔覆层影响的研究[D]. 陈川川.湖南大学 2013
本文编号：3195676
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 激光熔覆工艺研究现状
1.2.1 激光熔覆技术简介
1.2.2 激光熔覆工艺实验研究现状
1.2.3 激光熔覆数值模拟研究现状
1.3 存在问题
1.4 技术路线与研究内容
第二章 实验系统及数值模型建立
2.1 实验设备及材料
2.1.1 实验设备
2.1.2 实验材料
2.1.3 试样制备设备
2.2 模型基本假设与控制方程
2.2.1 数值模拟模型基本假设
2.2.2 数值模拟模型控制方程
2.3 模型修正与处理
2.3.1 传热方程修正
2.3.2 动量源项修正
2.3.3 界面追踪及求解方法
2.4 边界条件与源项设置
2.5 本章小结
第三章 激光熔覆316L特征形貌分析
3.1 引言
3.2 工艺参数与单道熔覆几何特征的联系
3.2.1 正交实验结果分析
3.3 熔池演化数值模拟分析
3.3.1 熔池演化过程分析
3.3.2 单道熔覆特征形貌数值模拟
3.4 本章小结
第四章 基于数值模拟结果的二次回归拟合
4.1 引言
4.2 二次回归正交法优化分析
4.2.1 回归方程的一般形式
4.2.2 正交组合设计及因素水平确定
4.2.3 回归方程计算
4.3 回归方程检验
4.3.1 回归方程显著性检验
4.3.2 回归方程预测对比
4.4 本章小结
第五章 激光熔覆熔体流动与凝固组织分析
5.1 引言
5.2 激光熔覆温度场数值模拟分析
5.2.1 熔池温度变化特征
5.2.2 激光熔覆温度场分布
5.2.3 工艺参数对温度场分布的影响
5.3 激光熔覆熔池流动数值模拟分析
5.3.1 激光熔覆温度梯度分布特征
5.3.2 熔池流场分布特征
5.4 激光熔覆凝固组织分析
5.4.1 凝固界面特征参数分析
5.4.2 工艺参数对凝固参数的影响
5.4.3 冷却速率与凝固组织的定量分析
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
作者简介
1 作者简历
2 参与的科研项目及获奖情况
3 已录用和发表的论文
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于KGT模型的铸造Mg-6Zn合金枝晶间距计算[J]. 张诗昌,卢姿,吴志林,徐烁. 特种铸造及有色合金. 2019(08)
[2]三光束光内送丝激光熔覆温度场仿真分析与工艺优化[J]. 张吉平,石世宏,蒋伟伟,石拓,吉绍山. 中国激光. 2019(10)
[3]钛合金表面激光熔覆熔池的数值模拟[J]. 熊安辉,丁洁琼,刘延辉,张晓梦,邵善家. 应用激光. 2019(03)
[4]“中国制造2025”和德国“工业4.0”对比研究[J]. 熊检. 中国集体经济. 2019(10)
[5]增强相颗粒对激光熔注凝固组织影响的相场法研究[J]. 李德英,张坚,邓志成. 热加工工艺. 2018(10)
[6]定向凝固法制备单晶高温合金一次枝晶间距研究[J]. 张小丽,杨亚楠,刘贵群,耿桂宏,杨铠丞,李宝青. 铸造技术. 2018(01)
[7]倾斜基体对激光熔覆能量分布的影响研究[J]. 李海波,李涛,王鑫林,徐海岩,张洪潮. 应用激光. 2017(03)
[8]激光熔覆中工艺参数对形成层几何特征及硬度影响分析[J]. 沈毅鸿,张元良,李涛,王金龙. 大连理工大学学报. 2017(03)
[9]工艺参数对IC10高温合金激光熔覆层形貌的影响[J]. 邢彬,常保华,都东. 焊接学报. 2015(07)
[10]基于遗传神经网络的镍基高温合金激光熔覆层形貌质量预测[J]. 杨友文,田宗军,潘浒,王东生,沈理达. 焊接学报. 2013(11)
博士论文
[1]激光增材制造Inconel 718合金凝固组织调控及机理研究[D]. 肖辉.湖南大学 2017
硕士论文
[1]激光选区熔化过程中熔池温度场及形貌演化的数值模拟[D]. 叶唯娟.西安理工大学 2019
[2]高强铝合金搅拌摩擦焊接头冷喷涂腐蚀防护研究[D]. 赵常宇.北京石油化工学院 2019
[3]面向再制造的激光熔覆的工艺参数多目标优化[D]. 许向川.中北大学 2019
[4]多维高频振动对激光熔覆成形组织及其性能的调控研究[D]. 聂艳斌.浙江工业大学 2019
[5]激光增材制造Inconel 718合金熔池形貌及凝固参数分析[D]. 周璨.湖南大学 2018
[6]基于相场法的皮秒激光对金属铜的微观组织影响研究[D]. 薛宁.江苏大学 2018
[7]基于CA法钛合金激光快速成形晶粒生长模拟研究[D]. 王宗园.沈阳航空航天大学 2017
[8]激光填粉焊接熔池流动数值模拟[D]. 胡雪.哈尔滨工业大学 2016
[9]二次回归正交法53/5t桥式起重机主梁结构优化设计[D]. 贾晓明.辽宁工程技术大学 2015
[10]工艺参数对激光熔覆层影响的研究[D]. 陈川川.湖南大学 2013
本文编号：3195676
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