铝青铜表面激光熔覆镍基合金温度场的数值模拟

发布时间：2016-12-02 21:00

  本文关键词：激光熔凝和激光熔覆的数学模型及数值分析，由笔耕文化传播整理发布。

《兰州理工大学》 2009年

铝青铜表面激光熔覆镍基合金温度场的数值模拟

于涛  

【摘要】： 激光熔覆是一种先进的表面改性加工方法,它是在被熔覆的基体上以不同的方式放置选择的涂层材料,通过激光辐照使之和基体表面熔化,经过快速凝固形成低稀释度的表面涂层,从而改善材料的表面性能。这是一项发展非常迅猛且具有广泛应用前景的材料加工新技术。为此本文建立了二维激光熔覆熔池温度场的数值模型,模型考虑了工件有限尺度、工件材料热物理性质的温度依赖关系、激光处理参数以及对流换热造成的表面热损失,激光光斑处采用高斯热源模型推导,利用能量平衡法,建立了均匀网格的有限差分方程。使用C++语言编写材料表面激光熔覆过程中温度场的计算程序,同时讨论工艺参数对温度场分布的影响,得到如下结论: 1.整个激光熔覆加工中的温度场变化是由非稳态到达稳态的过程,激光光斑附近温度梯度较大,远离光斑处温度梯度较小。 2.当扫描速度确定时,随着激光功率的增大,表面峰值温度呈上升趋势。 3.随着预热温度的增加,材料表面中心峰值温度逐渐升高,熔池温度呈线性上升关系。 4.若激光光斑直径增大而激光功率不变时,导致激光束的功率密度减小,从而能量不能集中于一点,表面温度随之下降。反之,光斑直径变小,对光斑区域的加热集中,温度有上升趋势,但光斑附近区域有未熔的现象。 5.由温度场分布图显示得知,为保证加工质量,满足熔覆要求,试验应采用由高到低的功率进行熔覆.

【关键词】：
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TG174.44
【目录】：

摘要7-8

ABSTRACT8-9

第1章 绪论9-22

1.1 激光表面加工运用的发展简介9-10

1.2 表面加工方法10-13

1.2.1 激光相变硬化11-12

1.2.2 激光表面熔凝12

1.2.3 激光熔覆12-13

1.3 激光熔覆的机理研究13-14

1.4 激光熔覆数值模拟的意义与运用方法14-16

1.4.1 激光熔覆数值模拟的意义14

1.4.2 数值模拟中运用的方法14-16

1.5 激光熔覆温度场的发展及研究现状16-19

1.5.1 激光熔覆数值模拟发展概括16

1.5.2 温度场数值模拟的研究现状16-19

1.5.3 激光熔覆过程数值模拟技术存在的问题19

1.6 本文的主要内容和技术路线19-22

1.6.1 主要研究内容19-20

1.6.2 技术方案及主要思路20-22

第2章 激光熔覆过程物理模型与数学模型22-38

2.1 激光与材料作用的能量传递与转换22-23

2.2 加工中金属材料状态的变化23-24

2.3 激光熔覆过程温度场的热源模型24-25

2.3.1 激光热源模型24-25

2.3.2 经典热源模型对移动光源的处理25

2.4 激光熔覆过程的传热模型25-26

2.4.1 传热类型25-26

2.4.2 传热模型中的有限差分法26

2.5 激光熔覆过程温度场的数值模拟26-29

2.5.1 前提条件26-27

2.5.2 热传导控制方程及其定解条件27-29

2.6 基于VC++平台的有限差分分析29-32

2.6.1 物理模型29-30

2.6.2 单元类型30

2.6.3 网格划分30-32

2.7 相变潜热的处理32-35

2.8 有限差分法模型分析35-36

2.9 差分方程的建立与求解方法36-37

2.10 本章小结37-38

第3章 激光熔覆温度场数值模拟结果与分析38-51

3.1 材料热物理参数38

3.2 激光熔覆过程温度场数值模拟结果分析38-47

3.2.1 材料表面温度场的动态结果分析39-41

3.2.2 激光工艺参数对温度场的影响41-47

3.3 试验结果与分析47-49

3.3.1 模拟优化处理47-48

3.3.2 模拟结果的试验验证48-49

3.4 本章小结49-51

本文结论与展望51-53

参考文献53-57

致谢57-58

附录A:硕士期间发表的论文58

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本文编号：202673