激光熔覆溶池二维准稳态流场及温度场的数值模拟

本文建立了二维准稳态激光熔覆熔池流场及温度场的数值模型,除考虑对流换热外,模型还考虑了局部大变形自由表面,在贴体正交曲线坐标系下采用了非正交错网格ＳＩＭＰＬＥ算法离散求解动量方程,计算出了激光熔覆熔池自由表面形状和温度场,速度场及局部特征凝固参数,数值结果表明,表面张力温度系数αγ／αＴ和扫描速率ｕ０对熔池自由表面形状及熔池内温度分布,速度分布有重要影响,同时进行激光熔覆的工艺实验,实测枝晶二次臂     

激光熔覆熔池温度场及流场数值模拟研究进展

简述了激光熔覆熔池的受力,包括表面张力、黏性剪力、重力以及保护气压力等,并从组织生长和熔池流淌对熔覆层的形成机理作了简要分析。同时,对激光熔覆仿真模拟中采用的不同热源模型的能量分布规律和方程进行了归纳,包括表面高斯热源、表面环形热源、高斯体热源、椭圆球热源、组合体热源等。在此基础上,分类评述了近年来国内外激光熔覆熔池温度场及流场的数值模拟方面的研究进展,并分析了各种热源模型的优势及不足,总结了不同热源的适用环境及获得的温度场、流场分布规律。此外,对熔池自由液面的研究方法进行了总结,归纳了温度场流场数值模拟模型的验证方法。同时,针对激光熔覆熔池数值模拟研究存在的问题,分别从数值模型、边界条件等方面进行了归纳,最后对其未来的发展方向进行了展望。     

送粉激光熔覆过程中熔覆轨迹及流场与温度场的数值模拟

提出了一种送粉激光熔覆中熔覆层表面形状及厚度的计算模型。将熔覆过程中固相区、两相区和液相区作为一连续介质，用非稳态固液相变统一模型来描述其流场与温度场，并采用固定网格移动坐标来处理带移动热源的流动与传热问题。能量方程用显焓表示，有关潜热的非稳态项与对流项均做为其源项处理。用Lambert—Beer定理和米氏理论计算粉末流与激光光束的相互作用，使模拟适用于送粉浓度较大的情形。数值模拟程序是在流体动力学软件PHOENICS基础上，通过添加源项、边界条件、熔覆层轨迹计算以及激光束和粉末流相互作用等相应模块实现。对钢基底上熔覆钴基合金Stellite6进行模拟所得到的计算结果与实验结果基本一致。     

激光熔覆温度场的数值模拟研究进展

介绍了激光熔覆温度场的数值模拟现状,结合影响模型建立的几个主要因素,综合分析了现有模型的优点及不足,指出了进一步发展该领域所需完善的几个问题。     

多道激光熔覆温度场的有限元数值模拟

分析了激光熔覆过程中温度场的主要影响因素,在主要考虑边界条件和热源数据的基础上,建立了送粉式激光熔覆多道搭接情况下温度场的有限元计算模型,并对板材上搭接三道熔覆层的熔覆温度场进行了三维数值模拟,得到了每道熔覆层上中心点的温度变化规律.结果表明,在激光熔覆过程中每道熔覆层中心点上的温度随时间延长呈锯齿状变化,且每个中心点所能达到的最高温度并不相同.此外,搭接情况下,熔覆层中心点每次升温前的最低温度是随着熔覆顺序的进行而逐渐升高的,且升高趋势类似于抛物线.此计算结果合理,为研究应力场和应变场的变化规律打下基础.     

基于生死单元的激光熔覆温度场数值模拟

计算了不同激光功率条件下粉末粒子到达基体前的温升情况,并将粉末粒子到达基体前的温度作为初始条件,采用生死单元法对单道和多道激光熔覆温度场进行了研究.利用熔池尺寸和形貌,验证了模型的可靠性.结果表明,粉末粒子温升和激光功率呈线性关系,单道熔覆层的温度变化呈一个锯齿状,升温过程近似呈直线上升,降温曲线近似呈双曲线的一支,而多道熔覆过程中,温度场呈后拖的偏椭圆状.节点上的热循环经过逐渐增大的峰值,峰值温度最终趋于稳态.     

高温合金激光熔覆过程温度场的数值模拟

在考虑高温合金K417G相变潜热、热物性参数随温度变化、对流与辐射总的换热系数随温度变化的条件下，采用有限元软件ANSYS建立了高温合金激光熔覆动态三维温度场模型。结果表明：在激光熔覆的初始阶段和最后阶段温度迅速上升，中间阶段各个节点有基本相同的热循环曲线，只是时间的先后不同；沿激光束扫描方向和与扫描方向垂直的方向都存在极大的温度梯度，温度梯度的存在引起较大的热应力，而热应力的存在是激光熔覆过程易产生裂纹的主要原因。     

激光熔覆三维温度场数值模型的建立与验证

综合考虑了激光熔覆热液施加，材料传热两方面的自身特点，建立了合理的激光熔覆数值模型，利用有限元法，通过计算模拟，结果表明：所得激光熔覆温度场模拟结果与实际测量情况吻合良好，从而证明了本文数值模型的正确性，为今后各种参数下激光熔覆的温度场模拟提供了一理论基础。     

激光熔覆过程热力耦合有限元温度场分析

根据激光熔覆的特点，建立了激光熔覆温度场分析模型，对送粉激光熔覆过程温度场进行了有限元分析。分析结果表明，熔覆层最高温度与激光功率、基体预热温度成正比例关系，而最大冷却速率与激光功率、基体预热温度成反比例关系。提高基体预热温度对降低熔点处材料冷却速率效果显著，而提高激光功率对降低熔点处材料冷却速率有一定作用，但效果并不明显。     

激光熔覆多层涂层温度场的数值模拟

基于ANSYS生死单元技术,建立了多层激光熔覆三维有限元分析模型,获得多层激光熔覆温度场的分布规律,同时分析预热温度对激光熔覆热循环的影响.试验结果表明,平行于热源移动方向的节点加热速度较快,降温速度缓慢;垂直于热源移动方向的节点,距离熔覆层中心越近,加热速度和冷却速度越大.y方向的结合处节点的温度梯度大于x方向的结合处节点的温度梯度;热输入保持不变时,随着预热温度的升高,加热速度变化较小,峰值温度升高,相变温度以上停留时间变长,但高温停留时间变化不大.预热温度为200?℃时,t8/5约为未预热下的3.2倍,预热可以减小熔覆层开裂倾向,有效降低涂层应力.     

激光多层涂敷过程中的温度场测量与数值模拟

用多路热电偶对激光多层涂敷过程的温度场进行了实时测量，测量结果显示在激光多层涂敷过程中，工件的温度呈近似周期性的变化；在最初的两层时，基材内部的温度变化很剧烈，随着涂敷层数的增加，基材内部的温度逐渐上升，同时温度变化趋于平缓、采用测量数据作为边界条件对工件的温度场进行了有限差分数值模拟，研究表明，激光多层涂敷过程中熔池内的温度梯度在10^5--10^6K／m数量级，在工艺参数保持不变的情况下，激光熔池的尺寸随着涂敷层数增加而增大，而温度梯度则随之减小.     

SIMULATION OF TEMPERATURE AND THERMAL STRESS FIELD IN LASER MILLING PROCESSING

The physical model of temperature field and thermal stress field are established in this paper,on which the numerical simulation with the assuming physical and laser milling parameters have been finished. The laser milling process can be explained.     

TIG焊接熔池中的流体流动及传热过程的数值模拟

本文建立了运动电弧作用下三维TIG焊接熔池中的流体流动及传热过程的数学模型。该模型同时考虑熔池内部液态金属的对流、传导和熔池外部的固体导热,克服了雷卡林公式和纯导热数值解将焊接热过程当作纯粹固体热传导问题的局限性,扩展了电弧固定时的二维熔池传热模型。根据该模型得出的计算结果和实验测试结果吻合程度良好。     

圆坯结晶器电磁搅拌过程三维流场与温度场数值模拟

建立了描述圆坯连铸结晶器电磁搅拌过程的三维数学模型．采用有限元和有限体积结合的方法求解Maxwell方程组和湍流Navier—Stokes方程,分析了结晶器电磁搅拌过程的磁场、流场、温度场和夹杂物轨迹特征,并考虑了励磁电磁强度和频率的影响．研究表明,磁场模拟结果与现场实测数据一致,电磁力在圆坯水平截面上呈周向分布．钢液在结晶器纵截面内形成两对回流区,且在水平截面内旋转流动;过热钢液滞留在结晶器上部区域,铸坯芯部温度迅速降低,凝固前沿温度梯度提高;大部分夹杂物积聚到结晶器上部区域旋转运动．励磁电流强度和频率对结晶器内钢液的流动、温度分布及夹杂物运动均有明显影响．     

Numerical Simulation Of Molten Pool And Control Strategy Of Kiss Point In A Twin-Roll Strip Casting Process

Coupled turbulent flow, temperature fields of the twin-roll casting strip process were simulated by three-dimensional finite element method. Based on the heat balance calculation and using inverse methods between the simulations and real experiments, the relational models among casting speed, location, and coefficient of heat transfer between molten metal and rolls in different regions are given. In the simulation, the calculated surface temperatures are in good agreement with the measured values. An on-line model of kiss point is derived by simulations and the geometry of molten pool, corresponding control strategy is also proposed.     

NUMERICAL SIMULATION OF THE TEMPERATURE FIELD IN A SOLDER BALL UNDER PULSED LASER AND ITS EFFECT ON THE VIBRATION OF THE SOLDER

1.~hoInthesurfacemountingtechniqUeforelectroniccomponents,muchattentionisPaidtOfledesssolderingmethods,becausetheyprovidehighreliabilityandarefaVoboleintennsofenvironmentprotection.ItisrecognizedthatthekeyPOinttOrealizeflagnesssolderingistoremovetheoxidefilmonthesurfaceofworkpieceandavoidre--.idati@[lj.Inthispaper,thetemperatu-redistributionandthevibrationfeatUreofaSn--Phsolderunderacontinuouslyptilsedlaserisanalyzed,whichhelpstounderstandthemechAnsmofultrasonicinducedbycontinuouslyPulsedl…     

镀锌板激光钎焊温度场的数值模拟

以镀锌钢板为母材,以CuSi3焊丝为钎料,进行了单、双光束激光钎焊实验．在分析单、双光束激光填丝钎焊传热行为的基础上,采用有限元方法对激光钎焊温度场进行了数值模拟,提出了激光填丝钎焊热源模型．采用体热源来模拟熔化钎料铺展流动引起的传热,模型考虑了热物性参数随温度的变化带来的非线性影响以及潜热、辐射和对流对传热的影响．对典型激光钎焊工艺参数下的温度场进行计算,结果表明：单光束激光钎焊有较高的温度梯度,而2mm焦点间距的双光束钎焊接头峰值温度和温度梯度低,高温区域宽,更适合于获得良好的钎焊接头．     

EXPERIMENTAL RESEARCH AND NUMERICAL SIMULATION OF MOLD TEMPERATURE FIELD IN CONTINUOUS CASTING OF STEEL

Mold is the heart of the continuous casting machine. Heat transfer and solidification in a water cooled mold are the most important factors during the continuous casting of steel. For studying the temperature distribution of a mold wall, a simulated apparatus of mold was designed and experiments were performed by it. The measured results indicated that the mold wall temperature approaches the temperature of cooling-water. An equivalent thermal-conductivity coefficient was proposed and deduced on the basis of the conclusion of the experiments. This coefficient was applied to solve the heat transfer between the melt and cooling water, and to characterize the heat transfer capacity of the mold. By this equivalent thermal-conductivity coefficient, it is very easy and convenient to numerically simulate the solidification process of continuous casting. And the calculation results are in agreement with the experiments. The effects of casting speed and water flow rate on the mold temperature field were also discussed.     

电磁铸造大板坯半连铸过程温度场的数值模拟

Al的电磁铸造为半连续铸造过程，它的数学模型是空间非稳态非齐次热传输方程,提出并证明了以t时刻板坯占有的空间作为计算域，采用三维非稳态热传导方程，计算下一时刻（t＋△t）的温度场，并将温度场的位置随拉坯速度v的方向移动v△t，然后．将顶部空缺的v△t空间由浇注的金属熔液充满，此时的温度场即t＋△t时刻板坯行进位置的温度场.由于三维非稳态热传导方程具有稳定收敛的计算格式，所编制的软件可通用于三维非稳态热传输过程.模拟了1860mm×510mmAl合金大板坯，与文献已有的实测结果相比较，基本吻合.模拟结果表明，在板坯表面液柱高度相同的情况下．拉坯速度越大，液穴越深     

3D NUMERICAL SIMULATION OF FLOW FIELD AND TEMPERATURE FIELD IN A ROUND BILLET CONTINUOUS CASTING MOLD WITH ELECTROMAGNETIC STIRRING

建立了描述圆坯连铸结晶器电磁搅拌过程的三维数学模型. 采用有限元和有限体积结合的方法求解Maxwell方程组和湍流Navier-Stokes方程, 分析了结晶器电磁搅拌过程的磁场、流场、温度场和夹杂物轨迹特征, 并考虑了励磁电磁强度和频率的影响. 研究表明, 磁场模拟结果与现场实测数据一致, 电磁力在圆坯水平截面上呈周向分布. 钢液在结晶器纵截面内形成两对回流区, 且在水平截面内旋转流动; 过热钢液滞留在结晶器上部区域, 铸坯芯部温度迅速降低, 凝固前沿温度梯度提高; 大部分夹杂物积聚到结晶器上部区域旋转运动. 励磁电流强度和频率对结晶器内钢液的流动、温度分布及夹杂物运动均有明显影响.