工件形状对激光相变硬化温度场和应力场的影响

利用Sysweld有限元软件建立三维有限元模型,采用三维高斯热源,考虑材料热物性能随温度的变化,对平板和回转体内壁进行了激光相变硬化数值模拟。分析了温度场、残余应力以及马氏体分布的异同,研究了工件形状对激光相变硬化温度场和残余应力的影响规律。结果表明,在表层方向上,平板模型和回转体内壁模型的热循环相似;截面方向上,内壁模型峰值温度高于平板模型。处理后相变区组织均主要以马氏体为主,其体积分数约为90%。相变区边缘及热影响区产生残余拉应力,相变区存在残余压应力;与内壁模型相比,平板模型相变区中心残余压应力数值较大。     

激光快速熔疑40Cr钢表面硬度与残余应力研究

研究40Cr在激光单道熔凝和叠道熔凝下材料表面显微组织分布特征,表面硬度分布规律和残余应力状态,结果显示单道激光熔凝的强化层组织由表层熔化区、亚表层相变硬化区及与基体相连的高温回火区组成,最大残余应力为拉应力,出现在熔凝带中心,在熔化带边缘为压应力,在热影响区为拉应力:叠道激光熔凝试件表面显微组织和硬度分布的差异在回火软化区和二次淬硬区。。叠道扫描的残余应力要比单道激光熔凝的小,新的熔凝带对前道熔凝带施加了应力并产生了韧化作用。     

42CrMo钢表面单道激光宽带处理后熔凝层的残余应力

基于有限元软件SYSWELD平台,建立激光熔凝三维有限元模型,编制宽带热源的FORTRAN子程序,采用不同的工艺参数对42CrMo钢表面的单道激光宽带熔凝区的组织和残余应力进行数值计算与分析.测定了激光熔凝表层的热循环曲线,利用扫描电镜(SEM)观察熔凝区相变.结果表明,工艺参数对熔凝区残余应力分布状态影响较大,激光线能量密度(ρE)过高或过低,均影响熔凝层的表面成型质量;当激光束输出功率为3500 W,扫描速率在600~1000 mm/min时(即ρE=20.9~35.0 J/mm2),熔凝区可获得有利的残余压应力分布.42CrMo钢母材组织为铁素体 珠光体,经激光处理后,熔凝区组织转变生成的马氏体相比例高达95%以上.     

激光热处理温度场及相变硬化带的快速计算

提出了激光对金属材料表面非熔凝处理的稳态温度场快速计算以及快速确定铁基材料表面相变硬化带尺寸的方法。该方法不仅可以对任意功率密度分布的激光进行热作用计算，而且计算速度比相同精度的传统数值计算快两个数量级以上。     

Q345钢激光焊与气体保护焊的焊接变形与残余应力对比

分别采用气体保护焊(GMAW)和激光焊(LBW)焊接板厚为2.8mm的Q345低合金高强钢对接接头,并测量了对接接头的面外变形。基于Abaqus软件平台,开发了同时考虑材料非线性与几何非线性的热-弹-塑性有限元算法。利用开发的算法计算了GMAW和LBW两种焊接方法的焊接温度场、焊接变形和残余应力。模拟温度场时,采用等密度椭球热源模拟GMAW的热输入,分别采用高斯分布锥形体热源、由等密度半椭球热源与锥形体热源组成的复合热源模拟LBW的热输入。数值模拟结果和试验结果表明,焊接2.8mm厚的Q345钢板对接接头时,LBW产生的面外焊接变形明显小于GMAW;LBW在焊缝附近产生的纵向高拉伸应力区域范围明显小于GMAW,且两者的纵向与横向残余应力分布形态也有较大差异。此外,模拟激光焊时,虽然高斯分布锥形体热源与复合热源模型在板厚方向的热流密度分布不同,但两者产生的焊接变形差异很小,焊接残余应力分布也基本一致。数值模拟结果对两种激光热源模型并不十分敏感。     

激光电弧复合焊变形及残余应力的数值分析

基于Ansys Workbench软件平台,采用热弹塑性有限元法对304不锈钢激光电弧复合焊接试验进行数值模拟,数值计算得到的残余应力及热变形结果与焊接工艺试验结果吻合.分析不同激光功率下温度场与结构场的变化,研究激光功率对复合焊接热变形及残余应力的影响.结果表明:激光功率对复合焊接的最大变形量以及残余应力峰值有影响,...     

激光淬火温度场及材料性能的数值模拟

从相变理论和热弹塑性理论出发,并结合激光淬火实验资料,建立了考虑相变过程、温度场和变物性系数的非线性耦合热传导方程;建立了相变组织与材料性能的数值计算模型。然后用有限元法进行了温度场、相变组织分布、材料性能的数值模拟。通过计算与试验结果的比较,计算结果令人满意。在获得激光淬火最佳工艺参数、预测材料性能方面有一定的实际应用价值和理论研究价值     

激光近净成形CBN磨具温度场仿真分析

为了探究激光近净成形CBN磨具实验时的温度场分布,用Simufac.Welding对其进行三维建模数值模拟。采用高斯面热源和圆柱体热源组合热源,综合考虑对流、热传导、相变潜热及热物性参数的影响,分析了不同工艺参数下温度场的分布规律,另外进行了实际测温,验证了温度场仿真的可靠性,最后根据剖面显微硬度值分析了激光近净成形加工的急热急冷特征。     

全20CrMnTi表面激光重熔的组织与性能研究

本文对激光重熔20CrMnTi材料表明改性层显微组织分布特征、表面硬度分布规律以及残余应力状态作了研究,结果表明,表面改性层由熔融层、相变硬化层及过渡层组成,且材料表面显微硬度得到大幅度提高,表面硬度达到HV841,约提高4倍。硬化层深度约1mm。残余应力测试得出最大残余应力出现在熔凝带中心,表现为压应力。随着离中心距离的增大,残余应力逐步降低,到熔化带边缘,表现为低幅值压应力;而熔池的外边缘应力在热影响区则转变为拉应力状态。     

超声振动对激光熔凝熔池影响研究

通过数值模拟与实验相结合的方法,研究超声场对激光熔凝过程中熔池温度场、流场以及熔池形貌的影响。建立描述超声振动辅助激光熔凝过程中的声场和温度场的三维数学模型,通过有限体积法实现激光熔池中声场和温度场的耦合模拟分析,系统分析激光熔池内声场、温度场、流场的变化规律。结果表明:在超声场作用下的熔池温度略低于未施加超声场的熔池温度;流动速度增加72%,但并未改变未加超声时熔池内Marangoni流的环流趋势;在超声场作用下的熔池宽度增加0.5 mm、深度减小0.1 mm。通过激光熔凝实验验证数值模拟结果与实际情况基本吻合。     

辊面激光强化过程的瞬态应力分析

轧辊表面在激光扫描过程中经历剧烈的热循环,由温度场的集中效应造成辊面应力呈现动态变化的趋势,扫描瞬时的光斑内部应力场以压应力为主。由于组织比容的变化,辊面处理后的残余应力分布更加复杂,采用实验手段测量应力分布状况的难度较大,因此,利用数值分析方法是合理的选择。     

温度步进应力加速寿命试验研究

提出了一种温度步进威力加速寿命试验的方法,并分别基于阿伦尼斯模型、基本GM（1,1）模型、残差修正GM（1,1）模型对温度步进应力条件下特征寿命的点估计进行了讨论,最后用3种不同的方法对给出的实例进行了求解,说明了该方法在工程应用上的可行性和有效性。     

车辆热特征分析及红外热像模拟

给出了车辆热特征分析及红外热像模拟的方法，并以坦克为例，根据其自身结构特点及外界条件，建立了坦克车体三维瞬态温度场及整体辐射通量计算模型，运用色度学原理，根据数值计算结果，用计算机模拟出坦克整体温度分布图及其在红外波段范围的辐射通量图。     

激光辐照Si-CCD热力效应的研究

由于光电探测器吸收激光后的温升、以及由于温升造成的各种现象,均能使探测器遭受到不同程度的损伤.丈中利用热弹性理论对氧碘激光器辐照硅材料进行研究,建立二维平面模型,通过解析计算得到由激光辐照半导体材料引起的温度场和应力场的瞬态分布.     

Thermo-mechanical stress of bonded wires used in high power modules with alternating and direct current modes

Today, power electronic reliability is a main subject of interest for many companies and laboratories. The main process leading to the IGBT failure is the cycling thermal stress. Indeed the current flow induce local heating and then mechanical stress. This paper deals with electro thermal stress under steady and transient current states. The main objective is to test bonded wires with active current cycle. Consequently, the thermo mechanical stress is obtained. A numerical 3D finite element model is presented and some experimental results are given. Indeed an infrared system monitors the temperature dispatching from an experimental test bench under active current cycle. The overall study is a first step before a global simulation (electrical thermal–mechanical) in order to optimize some geometric parameters of the packaging.     

高功率激光对光电器件的热-力破坏效应

热-力破坏效应是导致光电器件激光损伤的重要因素.以激光与材料相互作用机理为基础,建立了激光辐照光学材料、光电器件的热-力学模型,并对其温度场分布和热应力场分布进行了解析求解.在此基础之上,对激光对K9玻璃、类金刚石薄膜、胶合透镜和HgCdTe探测器的热-力破坏效应进行了数值分析和实验研究.     

热容激光器冷却过程的热力学数值模拟

为了研究热容激光器冷却过程中激光介质的热力学特性,建立了激光介质热力学理论模型.该模型将介质表面的换热作为瞬态导热微分方程的热源,得到冷却过程中热传导模型.获得了激光介质在冷却过程中的瞬态温度场,进一步得到介质的热应力.利用数值模拟,得到了YAG介质和GGG介质在不同冷却条件下的冷却时间、温差和热应力.表面换热系数从0.1 W?cm-2?K-1增加到0.5 W?cm-2?K-1,冷却时间明显缩短;表面换热系数从0.5 W?cm-2?K-1增加到1 W?cm-2?K-1,冷却时间缩短不明显.对于相同体积、相同初始温度场的YAG介质和GGG介质,YAG介质的冷却时间少于GGG介质的冷却时间.在相同冷却条件下,YAG介质的温差小于GGG介质的温差,YAG介质的最大等效应力小于GGG介质的最大等效应力.     

脉冲激光辐照CCD探测器的硬破坏效应数值模拟研究

具有一定能量强度的激光辐照CCD图像探测器时可造成探测器的干扰和破坏.基于热传导和热弹性力学的基本关系式建立了脉冲激光辐照CCD多层结构的热力耦合数学物理模型,对热传导方程和应力平衡方程进行有限元数值求解,计算得到不同能量密度下脉冲激光辐照CCD的瞬态温度场和热应力场,分析了CCD最易损伤的位置及激光参数对探测器损伤的影响,并结合CCD的像元构造和工作方式阐明了CCD各层结构的损伤对CCD成像质量的影响程度及影响机理.     

脉冲激光辐照金属板温度场应力场数值分析

为了研究脉冲激光加热金属板的温度场和应力场的特点,基于弹塑性力学理论,采用有限元分析方法,对脉冲激光扫描过程中金属板的温度场和应力场进行了3维数值模拟,得到了温度场与应力场在时间和空间上的分布和变化规律。结果表明,在脉冲激光扫描加热作用下,金属表面发生多次熔化和凝固,温度时间曲线呈锯齿形;重熔区域应力场变化剧烈,随间歇的激光脉冲发生强烈的拉-压应力波动;金属基体冷却后在重熔区域留有高值残余拉应力,纵向应力达799MPa,横向应力达700MPa。