激光深熔焊熔池形成过程的数值模拟

建立了用于激光深熔焊数值模拟的新型移动热源模型——圆锥体热源模型,用圆锥体热源模型模拟激光深熔焊时熔池的形成过程。结果显示圆锥体热源模型能够很好地描述能量在试件厚度和试件表面上的传导情况,准确地模拟了熔池的形成过程,得到了与实际焊接很相符的温度场分布。     

脉冲MIG焊熔池行为的数值模拟研究

基于流体力学、热力学及电磁学等理论建立二维脉冲MIG焊熔池数学模型,在Fluent软件中通过用户自定义程序(UDF)添加模型所需的热源、动量源项以及定义材料的物性参数,对焊接过程进行数值模拟,分析各驱动力对脉冲MIG焊熔池行为的影响以及熔池在脉冲周期内的变化规律。模拟结果表明,在焊接过程中马兰戈尼力对熔池影响最大,其次为电弧压力,然后为电磁力,浮力影响相对较小。在各驱动力复合作用时,熔池表层的熔池形态以马兰戈尼力为主导,熔池内部以电磁力为主要作用力,造成熔池内形成了两种不同方向的环流。熔滴冲击力主要作用于熔池表层,对熔池内部影响较小。脉冲MIG焊高速摄像试验表明,实际熔池形态与模拟结果吻合良好,验证了熔池模型的合理性。     

激光深熔焊接热过程数值模拟的研究进展

激光深熔焊接过程涉及极其复杂的物理化学反应,数值模拟是研究激光深熔焊接过程的温度场、焊件应力与变形、熔池、匙孔演变与反冲压力等问题的基础,而热过程处理是激光深熔焊接数值模拟的关键点。总结和分析了体热源模型、复合热源模型和自适应热源模型的发展情况,论述了材料热物理性能参数在数值模拟中的使用情况,讨论了激光深熔焊接数值模拟中一些关键问题如边界条件,并指出了激光深熔焊接热过程数值模拟需要进一步研究的方向。     

焊接熔池流场热场数值模拟的研究现状及应用前景

1 焊接熔池流场热场数值模拟研究的意义 电弧焊熔池中的流体流动及其传热过程对焊接质量有重要影响,这一点可以从以下几方面来看: (1)焊接熔池中的液体金属不是静止不动,而是激烈运动着的。这种运动极大地影响着熔池中热量和质量的传输,从而决定了熔池一系列物理化学反应进行的程度。熔池的形状、结晶、气体和夹杂物的吸收、聚集、逸出,化学成分的均匀性以及化学反应动力学等与     

激光入射角影响焊接熔池匙孔瞬态行为数值模拟

在激光焊接中,激光入射角直接影响着熔池匙孔瞬态行为,而仅采用工艺试验方法难以探索其规律。利用数值模拟技术模拟激光入射角分别为30°、0°、-30°的焊接过程,研究激光入射角对熔池匙孔瞬态行为的影响。同时通过激光焊接试验对仿真结果进行验证,数值仿真的焊缝横截面形貌与试验结果吻合较好,表明仿真结果能够反映激光焊接过程。分析不同激光入射角下温度场、熔池内流场、匙孔后壁反冲压力、匙孔深度和匙孔后壁静压力的变化。结果表明,激光入射角的正负影响熔池内部流动的快慢;激光入射角为正时,有利于抑制飞溅形成,而激光入射角为负时,则促进飞溅生成;激光入射角的正负明显影响匙孔的稳定性,当激光入射角为负时,匙孔稳定性降低,坍塌频率增加,产生气泡的概率提高。使用合适的激光正入射角有利于提高激光焊接质量。     

旁路耦合微束等离子弧堆垛与熔池动态行为数值模拟

针对旁路耦合微束等离子弧增材制造堆垛过程中熔滴与熔池的动态行为,在考虑自由表面的情况下,建立一个熔滴与熔池耦合作用的传热与传质模型,分析表面张力和熔滴冲击动量共同作用下的熔池瞬态形状和复杂的流体流动行为,并通过试验验证了模型的正确性。研究发现:当熔滴携带热量冲击熔池时,熔池温度升高,熔池中的最大速度可增大到2.06 m/s;随着进入熔池的熔滴数目增加,熔池余高增加,熔宽增加,而熔深基本不变;同时,当旁路电流增大时,母材温度较低,造成更浅的熔深,更高的余高和更小的熔宽,熔池液态金属的流动也不稳定;增加熔滴间隔时间后,每一层的顶部半径随着层数增加而减小。     

基于ANSYS APDL的堆焊热过程数值模拟

结合课题研究需要，本文建立了适当的有限元计算模型，利用ANSYS软件的APDL语言编写了程序，解决了呈高斯函数分布且移动的焊接热源的施加，实现了焊接温度场的三维动态模拟。     

焊接过程数值模拟热源模型的研究进展

焊接数值模拟是当今材料加工领域的一个研究热点,并得到了越来越广泛的应用,本文介绍了焊接过程数值模拟热源加载模式的研究进展。高斯分布函数、半球能量密度分布函数、椭球、双椭球能量密度分布函数常应用在焊接过程数值模拟中,但计算量大,为了简化计算,开始采用分段移动高斯热源模型,高斯串热源,分段移动双椭球模型,在保证精度的情况下,提高了计算效率,应用生死单元技术可以处理复杂焊接模拟的热输入问题。     

TIG焊电弧-熔池传热与流动数值模拟

针对钨极惰性气体保护(Tungsten inert gas,TIG)焊,采用一组满足整个求解域的偏微分方程组和合理的边界条件,建立包括钨极、电弧和母材的三维瞬态统一模型。以SUS304不锈钢为母材,求解获得电弧-电极(熔池)的温度场、流场、压力、电流密度、电磁力等结果,并与已有的试验结果和其他相关的研究结果做对比。在此基础上,通过分析阳极热输入,求得焊接热效率为86.3%。重点比较浮力、电磁力、等离子流拉力和Marangoni剪切力单独作用下的熔池流动特性,并将计算结果和格拉晓夫数Gr、磁雷诺数Rm和表面张力雷诺数Ma相结合,分析了这几种驱动力的相对作用大小,将计算结果和Peclet数Pe相结合强调了熔池热对流与热传导的相对作用。结果表明,与等离子拉力和Marangoni剪切力相比,浮力和电磁力对熔池对流的作用较小;等离子拉力和Marangoni剪切力处于同一数量级,而Marangoni剪切力大于等离子流拉力,两者共同作用使熔池表面金属由内向外流动。与热传导相比,熔池金属这种向外流动导致的热对流主导传热过程,是造成TIG焊宽而且浅的焊缝形貌的本质原因。     

深熔激光焊接熔池温度场的数值模拟

利用旋转Gauss曲面体新型热源模型,忽略深熔激光焊时小孔对传热的影响,建立了移动激光热源作用下的三维数学模型.利用PHOENICS3.4软件,模拟了SUS304不锈钢深熔激光焊接热过程的温度场和熔池熔合线形状,得到了不同焊接速度下的温度场分布云图和"钉头"状的熔池形状.数值模拟结果与试验结果基本吻合.     

轴承钢球毛坯热斜轧成形过程数值模拟

轴承钢球毛坯螺旋孔型斜轧工艺设计和变形行为较为复杂,传统的解析计算和物理试验方法不能有效揭示其轧制变形机理。探讨总结了钢球毛坯热斜轧成形主要建模技术与方法,基于SIMUFACT有限元软件平台首次建立了钢球毛坯热斜轧成形三维热力耦合有限元仿真模型。基于有限元模拟结果详细分析了轴承钢球毛坯热斜轧成形过程等效应变、应力、温度和轧制力能参数的分布与演变规律,证明钢球毛坯斜轧心部疏松或空洞缺陷的产生是由其在轧制过程承受的循环交变切应力、较高水平的横向拉应力和由多向拉应力引起的较大负静水压应力(正的平均应力)共同作用的结果。     

热镀锌锌锅冶金行为数值模拟的研究进展

利用有限元软件可以模拟热镀锌生产线中锌液的运行状况,以获得具有高表面质量的热镀锌产品.简要介绍了数值模拟技术在锌锅中冶金行为的研究进展,重点对锌锅中温度场、速度场、浓度场和锌渣生成量及分布的模拟结果进行了综述,展望了数值模拟技术在锌锅实际生产应用中的发展方向.     

溶液除湿过程热质耦合的理论分析与数值模拟

从理论上分析了溶液除湿过程中传质过程和传热过程之间的耦合关系,建立了相应的数学模型,并对实际的溶液除湿过程进行了数值模拟。结果表明:传质过程对传热过程的影响主要体现在两方面:一是传质通量携带的焓对传热过程的影响,二是水蒸气变成水释放汽化潜热对传热过程的影响,其中汽化潜热的影响较大。而传热过程对传质过程的影响主要体现在温度对传质系数的影响。     

数值模拟研究L-苯丙氨酸柱过程动力学行为

建立了L-苯丙氨酸柱过程离子交换动力学数学模型,利用Matlab编程求解该教学模型得到数值解,并分别通过理论解和实验数据来验证数学模型及其求解程序的正确性与适用性.最后,利用此动力学模型及其求解程序数值模拟了不同入口浓度CO、不同床层高度L和不同操作流速u条件下L-苯丙氨酸的柱过程离子交换动力学穿透曲线.     

国内外铸造过程应力场数值模拟技术的研究进展

近几年来，出于分析铸件中常出现的热裂、变形等问题的需要，凝固过程应力场、应变场数值模拟技术的研究日益受到重视，铸造过程温度场、应力场数值模拟技术的研究是铸造工程领域的前沿课题。本文介绍这一领域的研究进展情况，分析了存在的问题及发展方向。     

化学激光辐照铜锌合金熔池温度场的数值模拟

以傅立叶热传导模型为基础,用有限元分析软件ANSYS对化学激光辐照铜锌合金HT62熔池温度场进行了数值模拟,并采用差示扫描量热法(DSC)测定了铜锌合金的比热容,求解出模拟计算中的关键热物性参数.结果表明:激光功率密度为17.95 kw·cm-2,光斑直径为6mm时,铜锌合金在辐照0.393 s时开始熔化,至辐照结束,形成直径为6.4 mm,深度1.64 mm的球冠形的熔池;使铜锌合金发生熔化所需的功率密度阈值为6.1～7.3 kW·cm-2;模拟结果与试验结果基体相符.该模拟可为激光辐照材料实际应用中选择合适的激光工艺参数提供依据.     

激光材料加工熔池流动行为实验研究进展

熔池作为激光与材料相互作用过程的基本单元,其内部传热、传质过程对微观凝固组织和宏观缺陷的形成有重要影响。掌握激光材料加工熔池流动行为机制,并采取有效的调控手段是获得高质量激光材料加工成形件的关键。随着试验设备与技术的不断发展,激光材料加工熔池流动研究正朝深度化和精细化方向发展,并取得了大量研究成果。系统介绍了熔池流动行为实验研究方法的发展和应用,重点综述了激光焊接和激光增材制造过程熔池/匙孔流动行为国内外研究进展。首先介绍了熔池流动的受力机制及其主要影响因素;然后回顾和讨论了使用直接法和间接法对熔池流动的可视化实验研究进展,并对目前熔池流动行为的主要调控手段进行了总结。最后,对进一步熔池流动行为机理研究和更高效的熔池流动调控手段进行展望。