基于瞬态有限元分析的选择性激光熔化多层扫描路径优化

发布时间：2022-12-09 22:27

　　选择性激光熔化（Selective laser melting,SLM）是一个复杂的过程,涉及到金属的固-液转换、热传导、热辐射等过程其成型零部件的翘曲变形一直是影响零件成型精度,制约SLM技术发展的主要原因。薄壁零件由于升温和散热较快,温度场分布非常不均匀,更容易发生翘曲变形。为保证SLM过程的正常进行并提高薄壁零件的成型精度,必须有效控制其温度场的分布。合理规划薄壁零件的扫描成型路径可以有效减小温度场的温度梯度和成型件的翘曲变形现象,因此,研究面向SLM的薄壁件多层扫描路径并进行优化十分必要。本文基于ANSYS软件中APDL语言对SLM加工过程中的简单薄壁零件进行了温度场、应力场和翘曲变形的瞬态有限元分析。探究了温度梯度、内应力和翘曲变形之间的联系,从整个成型过程分析了影响零件成型精度的机理,并提出了针对薄壁零件的多层最优扫描路径。具体工作如下:首先,采用ANSYS有限元分析软件建立了SLM过程中单层成型与多层成型试件的温度场数值模型,分析得出在多层成型过程中,后成型的层对已成型的层有再加热和应力释放的作用,并且随着加工的进行试件的热积累作用逐渐变大,因此在加工过程中应适当增加层间... 

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题来源及研究目的
    1.2 课题背景及研究意义
    1.3 国内外研究现状与问题分析
    1.4 本文的主要工作与结构
2 SLM过程的有限元分析基本理论
    2.1 引言
    2.2 SLM过程温度场分析基本理论
    2.3 SLM过程应力场分析基本理论
    2.4 瞬态有限元分析热源的选择
    2.5 本章小结
3 SLM过程温度场模拟及分析
    3.1 引言
    3.2 温度场有限元模型的建立
    3.3 热源加载与求解
    3.4 单层成型温度场的模拟与结果分析
    3.5 多层成型温度场的模拟与结果分析
    3.6 本章小结
4 SLM过程应力场模拟及分析
    4.1 引言
    4.2 应力场有限元分析的特点及步骤
    4.3 单层成型应力场的模拟与结果分析
    4.4 多层成型应力场的模拟与结果分析
    4.5 本章小结
5 基于温度场及应力场分析的扫描路径优化
    5.1 引言
    5.2 扫描成型方式与有限元模型的建立
    5.3 不同扫描方式下的温度场结果对比及分析
    5.4 不同扫描方式下的应力场及翘曲变形结果对比及分析
    5.5 薄壁结构多层扫描成型方式的选择及优化
    5.6 本章小结
6 总结与展望
    6.1 主要结论
    6.2 研究展望
致谢
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间所取得学术成果目录


【参考文献】：
期刊论文
[1]选择性激光熔化成型中零件成型角度对其机械性能的影响[J]. 姜献峰,熊志越,王同鹤,张焕杰,王禹峰.  浙江工业大学学报. 2017(05)
[2]选择性激光熔化技术研究现状及发展趋势[J]. 杨佳,郭洪钢,谭建波.  河北工业科技. 2017(04)
[3]选择性激光熔化成型的二维轮廓填充算法[J]. 毛立坤,高峰,袁自钧,陈向东,吴本科.  合肥工业大学学报(自然科学版). 2017(03)
[4]选择性激光熔化成形关键基础问题的研究进展[J]. 李瑞迪,魏青松,刘锦辉,史玉升,袁铁锤.  航空制造技术. 2012(05)
[5]金属直薄壁件激光直接沉积过程的有限元模拟 Ⅰ．沉积过程中温度场的模拟[J]. 石力开,高士友,席明哲,纪宏志,张永忠,杜宝亮.  金属学报. 2006(05)
[6]金属直薄壁件激光直接沉积过程的有限元模拟 Ⅱ．沉积过程中热应力场的模拟[J]. 石力开,高士友,席明哲,纪宏志,张永忠,杜宝亮.  金属学报. 2006(05)

硕士论文
[1]选择性激光熔化金属零件翘曲变形的研究[D]. 祝彬彬.浙江工业大学 2017
[2]H13钢的选择性激光熔化制备及残余应力分析[D]. 郑东来.哈尔滨工业大学 2016
[3]选择性激光烧结数值模拟与加工仿真[D]. 刘建书.华东交通大学 2011



本文编号：3715489