AlSi10Mg粉末激光选区熔化温度场的数值模拟

使用有限元软件Ansys模拟Al Si10Mg激光选区熔化过程的温度场。考虑材料的热物性参数及激光能量吸收率随温度变化的特性,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,实时进行材料由粉末态转化为实体态的单元属性转变,研究激光功率、扫描速度及扫描间距对粉床热行为的影响。结果表明:熔池最高温度、熔池尺寸及冷却速度随激光功率的增大逐渐增大;熔池最高温度与熔池尺寸随扫描速度的增大逐渐减小,熔池冷却速度随扫描速度的增大逐渐增大;扫描间距对熔池的最高温度、冷却速度及熔池尺寸影响不大,但扫描间距过大容易形成孔洞缺陷。     

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。     

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。     

预热温度对激光熔凝RuT300气门座残余应力场的影响研究

目的 为了突破激光熔凝蠕墨铸铁RuT300气门座裂纹抑制技术的瓶颈,研究了预热温度对激光熔凝RuT300气门座残余应力场的影响,从而为工程上抑制裂纹的参数优选提供支撑。方法 基于热弹塑性理论,建立了激光熔凝RuT300气门座残余应力场分析的数学物理模型,模型中考虑了预热温度、激光熔凝参数、材料性能参数的变化对残余应力的影响。结果 预热温度对激光熔凝RuT300气门座残余应力场的影响与熔池冷却速度、峰值温度等密切相关：当预热温度在25~150 ℃时,随着预热温度的升高,冷却速度下降对激光熔凝RuT300气门座热膨胀变形引起的应力降低起主要作用,导致气门座环向残余应力值随预热温度的升高而减小;当预热温度在150~250 ℃时,随着预热温度的升高,峰值温度上升诱发的热膨胀变形加剧所引起的应力增加起主要作用,导致气门座环向残余应力值随预热温度的升高而增大。结论 预热温度的变化影响气门座的冷却速度和峰值温度,而残余应力值的变化是气门座冷却速度和峰值温度等综合影响的结果,通过合理的调控预热温度,可以使激光熔凝RuT300气门座的残余应力值降低到最低,从而减小气门座激光熔凝形成裂纹的倾向。     

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。     

同轴送粉激光增材制造Al-Zn-Mg-Cu合金应力场数值模拟

采用Ansys软件建立了同轴送粉激光增材制造Al-Zn-Mg-Cu合金的有限元模型，对该模型进行了试验验证，模拟分析了不同激光功率和扫描速度单层单道成形过程中的温度场和应力场。结果表明，模拟得到的应力与试验结果误差约为5.2%,验证了模型的准确性。激光成形过程中，激光作用产生“端部效应”,熔池前端的温度梯度大，后端的温度梯度小。随着激光功率的增加和扫描速度减小，熔池温度增加，激光功率的影响更加显著。随着激光功率与扫描速度的增加，沉积层的三向应力也随之增大，最大Von mises等效应力与垂直于扫描方向的应力σ_y呈“W”形分布，沿扫描方向的应力σ_x先增大后减小，且σ_x>σ_y。当沉积层冷却至室温时，其表面残余应力主要为拉应力，且沉积层中部位置的残余应力高于边缘位置的残余应力。     

X80管线钢环焊缝接头残余应力的数值模拟

利用SYSWELD有限元分析软件,以热弹塑性理论为基础,采用双椭球焊接热源模型,对X80管线钢环焊缝接头的焊接温度场和应力场进行了模拟仿真.得到了焊接残余应力的分布规律,即焊缝及近缝区的残余应力值较大,远离焊缝中心残余应力值逐渐减小;由于表面和心部散热条件不同,造成了管道表面和心部的残余应力方向上的差异或数值大小的不同.研究了焊接工艺参数对残余应力的影响规律.结果表明,随着热输入的增大和预热温度的提高残余应力值逐渐降低;为了减小焊接残余应力,应尽量采用较大热输入和较高预热温度进行焊接.     

钨选区激光熔化应力场的数值模拟

建立了将随温度变化的材料参数特性和相变潜热考虑在内,用“生死单元”技术模拟铺粉过程的钨选区激光熔化热力耦合有限元模型,模拟了选区激光熔化过程中成形件的温度场和应力场,探究了不同基板预热温度和不同支撑结构对成形件残余应力的影响。模拟结果表明,金属钨在选区激光熔化过程中经历多次加热、冷却过程,温度分布不均匀。基板预热和施加支撑结构均能减小成形件的残余应力,当基板预热温度为1273.15K时,成形件中间节点残余应力减小118.99MPa,减小幅度为9.96%;当采用四层网格支撑结构时,成形件中间节点残余应力减小413.33MPa,减小幅度为34.61%。     

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。     

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。