超声滚压加工对X80管线钢焊接残余应力的影响

建立超声表面滚压加工（ultrasonic surface rolling process,USRP）的三维有限元模型,开发了模拟焊接的移动双椭球热源子程序,利用有限元软件ABAQUS模拟了X80管线钢焊缝不同方向的焊接残余应力,在此基础上叠加USRP的超声振动与静载荷的综合作用,模拟了表面塑形变形、应力和应变,耦合后分析了USRP前后残余应力的变化规律.结果表明,经过USRP处理,X80管线钢表面焊缝区由三向残余拉应力变为三向残余压应力,随着USRP次数的增加,残余压应力数值不断增大,残余应力σ_x,σ_y,σ_z变化规律基本相同.     

激光快速成形TA15残余应力影响因素的研究

采用小孔法对激光快速成形TA15钛合金样件进行残余应力影响因素的研究。结果表明:激光功率、扫描速度、送粉速度、扫描方式等工艺参数对残余应力均有显著影响。激光功率越大,残余应力越大;随着扫描速度的增大,残余应力则不断减小;随着送粉速度的增大,残余应力有增加的趋势;3种扫描方式中的交错扫描是残余应力最小的成形扫描方式。最后,对成形样件不同位置的残余应力进行了测定分析,得出成形件中间位置是残余应力峰值点的结论。     

激光选区熔化WC 12Co复合材料温度场模拟研究北大核心CSCD

为提高激光选区熔化WC 12Co硬质复合材料的成形质量,采用有限元仿真软件Ansys 2021R1对SLM成形WC 12Co硬质复合材料过程的温度场进行数值模拟仿真研究,研究成形温度场的温度分布和成形工艺参数(激光功率、扫描速度、扫描间距和基板预热温度)对温度场的影响,为优化WC 12Co硬质复合材料成形提供试验依据。结果表明:激光功率增大,成形区域温度增大,位置点3的峰值温度从3507.47℃增大至3837.52℃;激光扫描速度增大,成形区域温度降低,位置点5的峰值温度从3592℃下降至2897℃,峰值温度下降695℃;扫描间距的增加使各扫描区域的温度有所降低,位置点3的峰值温度从3330℃逐渐降低至3123℃。在同一成形工艺参数下,激光扫描前一路径对后一路径有预热作用,随着扫描路径的增加,成形区域的温度呈现逐渐上升趋势。基板预热至120℃能够提高熔池的内部温度,减小成形件之间的温度差异,缩小温度梯度差。当激光功率增大时,熔池的宽度和深度随之增大;当激光扫描速度增大时,熔池的宽度先增大后减小,熔池的深度线性反向减小;当扫描间距增大时,熔池的宽度和深度均减小。模拟获得的温度场仿真结论能够大致反映成形试样的表面质量和合金粉末的熔化状态随成形工艺参数变化的趋势。     

TA15粉末激光成形基板应力影响因素的试验研究

为了研究TA15(Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr)粉末激光成形基板残余应力的影响因素,成形出19个不同工艺参数的试件,采用压痕法分别对其进行残余应力的测量,总结出激光功率、送粉速度、激光扫描速度、成形层数、扫描转角等参数对基板残余应力的影响。研究表明,随着激光功率的增大,基板残余应力数值随之增大,当功率高于1700 W时,基板残余应力开始减小;基板残余应力在送粉速度为0.5~1 g/min和1.5~2 g/min 2个区间内,表现出随着送粉速度的增大残余应力减小的情况,而在1~1.5 g/min区间内表现出相反的情况;基板残余应力随着扫描速度的增大呈现出先增大后减小的趋势;基板残余应力随成形层数的增加而递减;对于不同扫描转角的测试件,扫描转角为60°的情况下,基板残余应力值最小,而30°扫描转角情况下,基板残余应力值最大。     

AlSi10Mg粉末激光选区熔化残余应力场数值模拟

使用有限元法对AlSi10Mg激光选区熔化残余应力场进行模拟。建立有限元传热模型,将激光热源视为三维高斯体热源,实现在粉床上的移动加载,分别从材料的粉末态与实体态两种单元属性出发,考虑热物性参数和激光能量吸收率随温度变化的特性,进行间接热-应力耦合分析,重点研究激光功率、扫描速度及基板预热温度对残余应力场的影响规律。结果表明:残余应力最大值出现在基板与粉床接触位置,且y向残余应力(平行扫描方向)大于x向残余应力(垂直扫描方向);Von Mises等效应力和y向残余应力随激光功率的增大逐渐增大;随扫描速度的增大逐渐减小;随基板预热温度的升高逐渐降低。     

地铁转向架构架T形接头应力应变数值模拟及显微组织

文中以80 km/h B型地铁转向架构架为研究对象,采用高频脉冲MAG焊与常规脉冲MAG焊对S355J2W耐候钢进行T形接头焊接工艺试验,对焊缝进行显微组织观察和力学性能试验;使用Sysweld数值模拟软件进行典型接头的温度场和应力应变场数值模拟;并对接头焊趾处的残余应力进行了测试,结果表明：无论是高频脉冲MAG焊还是常规脉冲MAG焊,残余应力最大值均位于焊缝区,且随着距焊缝距离的逐渐增大,残余应力逐渐减小并趋于零,高频脉冲MAG焊的焊接接头残余应力比常规脉冲MAG焊的焊接接头,σ_y减小约26.3%,σ_x减小约11.1%,常规脉冲MAG焊的总体变形为1.22 mm,高频脉冲MAG焊的总体变形为0.79 mm,总体变形量减小了35.2%。     

SLM成形AlSi10Mg合金残余应力数值模拟及组织性能分析

通过有限元模拟与试验测试,研究了打印参数对选区激光熔化(SLM)工艺成形AlSi10Mg合金残余应力的影响。结果表明,打印过程存在3个峰值温度;随着基板温度、激光功率、扫描速度和扫描间距的增加,成形件残余应力先减小后增大。当激光功率为450 W、扫描速度为1 100mm/s、扫描间距为70μm、基板温度为200℃时,打印件具有最小的残余应力,成形件抗拉强度为480MPa、屈服强度为310MPa、伸长率为6%。成形件组织中存在粗晶区、细晶区和热影响区3种区域,Si相呈网状结构分布。     

选区激光熔化IN738LC合金成形温度场的数值模拟及实验研究

通过数值模拟根据熔池热行为变化规律对选区激光熔化工艺参数进行优化,是提高成形件质量的有效手段。为此,本论文采用ANSYS的APDL语言建立了全参数化的IN738LC合金选区激光熔化过程温度场有限元分析模型,并通过单熔道成形实验对热源模型进行校核。结果表明：随着激光功率的增加或者扫描速度的减小,粉末吸收的线性能量密度不断增加,熔池中心最高温度升高,熔融金属量增加,熔道形态由不规则断续状向规则连续长条状演化;随着扫描速度的增加或者激光功率的减小,粉末吸收的线性能量密度不断下降,熔体流动能力减弱,熔池宽度与熔化穿透深度也随之减小;有限元模拟与实验结果吻合较好,当激光功率为270 W,扫描速度为1150 mm/s时,单熔道具有连续少缺陷、规则良好的成形形貌。     

激光重熔合成Fe-Al涂层温度场及应力场数值模拟

依据有限元建模思想,采用高斯表面热源,同时考虑相变潜热与温度的关系,应用ABAQUS软件建立了Q235钢基体上激光重熔合成Fe-Al涂层的温度场和应力场计算模型,研究了激光功率和扫描速度对温度场和应力场的影响。结果表明,提高激光功率对增大热影响区深度效果不大,反而会形成较大的熔池而使重熔表面粗糙;与激光功率相比,扫描速度对温度场影响较小;涂层与基体合金化区沿着激光扫描方向的拉应力远大于垂直扫描方向的拉应力;结合界面处的残余应力与扫描速度成正比,与激光功率成反比,且扫描速度对残余应力的影响较激光功率显著。实验结果较好地验证了模拟结果,表明所建立的温度场和应力场计算模型是正确和可靠的。     

27SiMn钢表面激光熔覆的数值模拟与验证

在27SiMn钢表面激光熔覆铁基合金粉末,对激光熔覆成形过程中移动高斯热源作用下的温度场利用ANSYS有限元分析软件进行模拟,并建立了三维模型。进行单因素动态模拟,探讨了各工艺参数对温度场的影响。通过设计三水平三因素的正交试验来验证模拟结果的准确性。结果表明:熔池中心的温度最高。当扫描速度一定时,熔池内最高温度与激光功率成正比例关系;当激光功率不变时,激光扫描速度与熔池内最高温度成反比例关系;不同搭接率对熔池内的最高温度影响较为有限。不同时刻下的温度场激光移动热源中心前方的温度梯度大于激光移动热源中心后方的温度梯度。在激光熔覆过程中,当激光功率为2500 W,扫描速度在16 mm/s,搭接率为1/2时,可得到与基体具有良好冶金结合的熔覆层。     

GH536高温合金选区激光熔化温度场和残余应力的有限元模拟

计算了GH536高温合金选区激光熔化(SLM)过程中熔池区域的温度场变化和凝固后残余应力分布。计算采用复合Gauss热源研究激光光学穿透深度的影响规律,通过研究材料属性随温度的变化关系实现粉层、熔池及固态金属的转化。实验结果表明,Gauss热源模型能够较好地模拟SLM过程中的温度场分布以及凝固后的残余应力。模拟结果显示,随着激光功率的增大,熔池宽度、深度和长度均相应增大,凝固速率减小;随着扫描速率增大,熔池宽度和深度减小,长度不变,凝固速率增大。计算结果表明,单层选区激光熔化的零件表面存在较大的拉应力,随着深度增大,拉应力迅速减小转为压应力。     

激光熔覆层温度场和应力场的数值模拟

采用Sysweld软件对激光熔覆钴基合金涂层的温度场、应力场进行了数值模拟.结果表明,随着扫描速度的增加,熔池形状变得窄而长,熔覆层各点的峰值温度停留时间缩短,熔池的深度、宽度相应减小;熔池及热影响区各点的温度随着与激光热源距离的增加而明显降低;此外,随着激光扫描速度的增大,熔覆层的残余应力和残余变形相应增大.     

基于ANSYS的SnTe热电材料选区激光熔化数值模拟及实验研究

基于ANSYS软件建立了SnTe热电材料选区激光熔化单层多道面扫描的三维有限元模型(FEM),采用移动的高斯面热源,考虑材料的物性参数随温度的非线性变化以及相变潜热的影响,得到不同扫描方式下SnTe粉体材料成形过程中的熔池热行为及应力分布,并采用相关实验进行验证。结果表明:不同扫描方式对熔池的宽度、深度以及气化程度影响不大,但分区蛇形扫描能够大幅增加熔池长度、减小温度梯度、降低冷却速率。采用分区蛇形扫描时σx(扫描方向应力)拉应力最小,为583 MPa,且扫描道中间位置的应力得到了释放。本研究为SnTe热电材料SLM过程工艺参数的优化提供了理论指导,也为其他激光非平衡制备技术的改进提供了新的研究思路。     

AlSi10Mg铝合金选区激光熔化热行为的数值研究

利用ANSYS有限元分析软件建立了选区激光熔化(SLM)的单层多道的三维温度场有限元模型,针对AlSi10Mg铝合金材料进行模拟,研究了扫描速度对AlSi10Mg铝合金选区激光熔化热行为的影响。结果表明:随扫描时间的增加,由于前一扫描道对后一扫描道的热积累效应,后一扫描道上监测点的熔池温度越来越高,尺寸越来越大。随扫描速度的增加,同一监测点的熔池最高温度、尺寸和液相存在时间都逐渐减小,熔池沿扫描方向和垂直扫描方向的温度梯度略微增大。试验结果与数值模拟结果吻合良好。     

40Cr钢平板表面激光堆焊三维温度场数值模拟

基于ANSYS数值模拟平台,建立了三维瞬态激光堆焊40Cr钢温度场有限元模型,利用APDL参数设计语言实现热源的移动,对40Cr钢表面激光相变硬化处理过程的温度场进行模拟,得出熔池温度随时间的变化规律,并对比了不同功率和不同扫描速度对温度场的影响。结果表明:随热源的移动,温度场呈现彗星状云图,且激光光斑前缘温度梯度大,后部温度梯度小;不同功率对比结果表明,在相同的激光扫描速度6 mm/s时,表面温度最大值随激光功率增大而升高,在900 W时达到4238℃;不同速度对比结果表明,在相同功率800 W时,表面温度最大值随激光速度增大而减小,在6 mm/s时达到3738℃。     

成形路径对金属激光立体成形过程热及应力影响的有限元分析

针对金属激光立体成形建立了温度场/应力场瞬态3D有限元分析模型。以304L不锈钢薄板多道单层成形为研究对象,对比分析了光栅式、轮廓偏置式及Hilbert分形式3种成形路径对成形件温度场、应力及变形的影响。结果表明,成形件的温度梯度及等效应力在成形过程中呈减小趋势。在成形过程中,Hilbert分形扫描产生的瞬时温度梯度及等效应力最小。成形结束后,基板上表面在激光最终扫描位置残余拉应力较高。光栅式扫描所产生的应力最大,基板变形最小,Hilbert分形扫描残余应力小而变形较大。     

基于GA-BP和PSO-BP神经网络的SLM GH3625高温合金残余应力预测研究

采用PSO-BP和GA-BP混合算法的人工神经网络模型预测了选区激光熔化成形GH3625高温合金的残余应力。通过响应面法为实验设计生成样本集,以激光功率、扫描速度和扫描间距作为模型的输入层,以残余应力作为模型的输出层进行预测优化。采用相关系数R²和平均绝对相对误差e_AARE评价指标对预测模型进行了验证和对比分析。结果表明:BP、 GA-BP和PSO-BP神经网络模型均能够较好地预测不同工艺参数下GH3625高温合金的残余应力,且通过算法优化后的BP神经网络具有更高的预测精度。其中GA-BP神经网络对选区激光熔化成形GH3625高温合金残余应力的预测精度最高,模型性能更优越,其相关系数R²和相对平均绝对误差e_AARE分别为0.909和2.06%。     

DP980高强钢薄板激光拼焊有限元数值模拟与分析

以1.6 mm厚的DP980薄板为研究对象,基于有限元分析软件,通过调节焊接面热源和柱体热源的分配比例,建立激光焊热源模型。采用自适应网格技术对不同焊接工艺参数下DP980薄板对接焊进行温度场、应力场模拟,并通过比较正交模拟试验结果,得到了较优焊接工艺,为实际焊接生产提供理论依据。结果表明,模拟所得的焊缝熔池与实际焊接结果相符,即该热源模型具有一定适用性;相比激光功率,焊缝形貌随焊接速度的变化更为明显;焊接最高温度与激光功率呈正相关,与焊接速度呈负相关;同一焊接速度,焊接残余应力及变形都随激光功率的增大而增大;同一激光功率,焊接速度合适时,焊接残余应力及变形都随焊接速度的增大而减小;相比于激光功率,焊接速度对焊接残余应力及变形的影响较大。     

激光重熔对Ti-6Al-4V选区激光熔化成形质量的影响

目的 针对选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形Ti-6Al-4V过程中易产生孔隙缺陷、成形质量差等问题,提出"初次扫描+低激光功率重熔"的成形方式,研究激光重熔对SLM成形质量的影响机制以及重熔功率对成形质量的影响规律,优化工艺参数.方法 基于ANSYS软件,模拟SLM加工过程及激光重熔过程的熔池、温度场分布,利用金相显微镜观测成形件截面缺陷形态、分布及金相显微组织,并利用显微硬度计及摩擦磨损试验机分别测试成形件的显微硬度及摩擦磨损性能.结果 随着激光重熔功率的增大,重熔熔池尺寸增大,温度梯度过渡渐缓,初次扫描形成的缺陷经重熔后得以填补,试件孔隙逐渐减小.当激光重熔功率为120 W时,成形件的致密度达到99.89％;当激光重熔功率为100 W时,成形件的硬度达到444.0HV0.3,相较于未重熔件提高了21.0％,平均摩擦系数为0.396,相较于未重熔件降低了13.73％.结论 激光重熔可以有效提高SLM成形件的致密度、显微硬度及摩擦磨损性能.随着激光重熔功率的增大,成形件的熔池范围扩大,初次成形的孔隙尺寸明显减小,成形件中的β相晶界扩展,针状马氏体尺寸增大,显微硬度得以提升.当激光重熔功率为140 W时,熔池剧烈波动,凝固过程中较大的固态收缩使成形质量出现下降趋势.     

基板预变形对不锈钢激光立体成形件应力应变的影响

采用316不锈钢粉末和304L基板,通过一系列预变形矩形试样的激光立体成形正交实验,并通过小孔释放法进行应力测试,分析了基板预变形处理对激光立体成形试样的残余应力和变形的影响.结果表明:预变形量对预变形条件下的激光立体成形试件的平整度影响最大,其次为激光功率,激光速率.基板预变形后的应力分布显著影响激光立体成形后试样最终的变形形状.激光成形件上部熔覆层的残余应力σx先增大后减小,σz先减小后增大.研究结果为优化预变形条件下的激光立体成形工艺提供了参考依据.