激光熔覆过程数值模拟

论文摘要

激光熔覆作为一种先进的表面改性技术,是在被加工工件表面以不同的方式添加涂层材料,用激光照射后使基体表层融化,之后快速冷却,与基体保持低稀释率并呈良好的冶金结合,从而达到改善材料表面性能要求的工艺方法。这项新的材料加工技术迅速发展,并且在实际工业生产中得到广泛的应用。本论文对10mm厚的304不锈钢表面熔覆一层钴基合金,采用数值模拟法研究激光功率、扫描速度等参数对温度场分布的影响。首先,以激光和涂覆材料与基体之间相互作用的物理过程和能量变化规律、加工过程中金属对激光的吸收及其影响因素、传热学、有限元法等理论为基础。其次,对本模拟使用的ANSYS软件进行概述,介绍了该软件的特点、分析步骤等。最后,选择高斯分布的热源模型,解决了热源移动问题、相变潜热问题,用生死单元模拟粉末落入熔池,模拟了送粉式激光熔覆的温度场分布。用定性法讨论了不同的激光功率、扫描速度参数对温度分布的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 激光与激光加工技术概述
• 1.2 激光熔覆技术及其应用
• 1.3 激光熔覆温度场的数值模拟及发展现状
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第二章 同步送粉式激光熔覆的理论基础
• 2.1 激光与物质相互作用的能量转换
• 2.2 激光与基体材料的作用机理
• 2.3 激光熔覆材料设计的一般原则
• 2.4 激光与金属材料作用的传热模型
• 第三章 有限元法及有限元分析软件ANSYS简介
• 3.1 有限元方法概述
• 3.2 有限元求解温度场的基本理论
• 3.3 有限元分析软件ANSYS概述
• 第四章 基于ANSYS的数值模拟
• 4.1 前处理
• 4.2 热源加载与求解控制
• 4.3 后处理
• 4.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献