多道激光熔覆应力场的模拟分析

实现了对应力场随时间变化的动态模拟分析,发现熔覆层纵向应力最大,横向应力次之,厚度方向应力最小;熔覆层中心一直处于拉应力状态并产生拉伸塑性变形;三向拉应力在材料进入弹性状态后,表现为横向和厚度方向上的拉应力明显下降,纵向应力基本保持不变;对于材料的拉伸或压缩塑性变形,热应变起到决定作用;分析送粉式激光熔覆内应力的产生机理表明,熔覆层中心靠近基体区域对裂纹最敏感,该区域处于第三类主应变状态.     

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.     

激光熔覆过程热力耦合有限元应力场分析

根据激光熔覆的特点，建立了激光熔覆应力场分析模型，对送粉激光熔覆过程应力场进行了有限元分析。分析结果表明，熔覆结束后熔覆层处于拉应力状态，但各个方向拉应力的大小不同。熔覆层材料沿熔覆方向发生的塑性拉伸变形，是造成熔覆层开裂的主要原因。提高基体预热温度可有效避免熔覆层开裂。     

45钢送丝激光熔覆温度场及应力场模拟

针对激光熔覆过程的特点,基于有限元分析软件ANSYS,对45钢送丝激光熔覆过程的温度场和应力场进行三维数值动态模拟.建模时采用实体单元和表面单元相结合的方式,采用参数化设计划分网格,施加热源载荷,设定初始条件和基本边界条件,对流边界条件进行求解.分析了激光熔覆过程中温度场在工件上的分布规律,揭示了整个时间历程上应力强度的变化规律,为提高激光熔覆质量提供了理论依据.     

送粉式激光熔覆温度场有限元分析

采用有限元方法建立了送粉式激光熔覆过程温度场分析的数学模型，模拟了熔覆过程温度场的分布情况，模拟结果与试验结果基本吻合，表明可以采用此计算方法提供的初始温度值和非接触测量温度变化量来控制激光熔覆工艺参数。模拟结果发现，激光熔覆过程表现为急热急冷的特征；温度梯度较大，最大温度梯度出现在熔池附近和熔覆层与基体交界的边界处。     

激光熔覆齿轮齿面的应力场有限元模拟

主要采用ANSYS软件,考虑曲面对激光功率分布不均的影响,应用有限单元法对熔覆层应力场和残余应力分布进行数值模拟,分析应力的产生和影响过程并与实验结果做对比分析。结论为激光功率越高,送粉速度越快,应力值越大。     

多道搭接激光熔覆镍基合金中裂纹断口形貌研究

利用预置法激光重熔在铁基材料上获得了Ni基合金多道搭接的熔覆层。利用光学显微镜和扫描电镜对熔覆层组织、裂纹走向以及裂纹面进行分析。多道搭接时,Ni基合金熔覆层极易出现贯穿裂纹。裂纹的扩展呈周期性,裂纹面上高温热裂断口和冷脆断口交替出现。高温下的裂纹沿树枝晶界韧性稳态扩展,穿过树枝晶时有斯裂棱：失稳扩展沿裂纹面进行、断口呈放射状的脆性特征。数值分析表明,多道搭接时热应力在整个开裂过程中起重要作用。裂纹于夹杂附近在最大热应力作用下起裂,起裂方向垂直于扫描方向。随后裂纹在热应力、组织因素及已有裂纹综合作用下进一步扩展、方向发生偏离。     

铝合金表面激光熔覆铜合金层中的裂纹及其有限元分析

采用激光熔覆方法在铝合金表面得到了铜合金熔覆层,试验观察到在熔覆层与基体表面界区域易于产生宏观裂纹,在熔覆层顶层易于产生微观裂纹。利用MSC／NASTRAN有限元分析软件对熔覆层横断面内平面残余热应力进行了模拟分析,得出了其残余热应力分布,解释了涂层中的裂纹现象。     

激光熔覆多道搭接成形质量与效率控制方法

目的揭示激光熔覆工艺参数对多道搭接成形质量与效率的耦合作用规律,提高多道搭接熔覆层表面与内部组织质量及成形效率。方法采用响应面中心复合设计建立激光功率、扫描速度、气流量和搭接率与多道搭接表面平整度、熔覆效率及气孔面积之间的数学模型,通过方差分析及检验指标,验证了所建立数学模型的正确性。结果激光功率和气流量对表面平整度的值影响并不显著。表面平整度的值与扫描速度、搭接率成反比;搭接率对熔覆效率的影响较为显著,搭接率的增大使熔覆效率减小;四个工艺参数对于气孔面积都有不同程度的影响,适当增大搭接率和减小扫描速度可以减小熔覆层气孔面积。以表面平整度最好、熔覆效率最高和气孔面积最小为目标优化工艺参数,通过试验获得表面平整度、熔覆效率、气孔面积预测值与实际值的误差分别为1.36%、6.12%、7.89%,进一步验证了该模型的准确性。结论该研究成果为多道熔覆涂层质量、熔覆效率的控制与预测以及工艺参数的优化提供了理论依据。     

激光熔覆镍基合金温度场和应力场数值模拟

文中采用SYSWELD软件分别对激光单道和搭接熔覆过程进行模拟分析. 结果表明,激光熔覆处理时经历了快速加热、快速冷却的过程,具有较高的过热度,单道处理时熔覆层表面中心点峰值温度最高,可达2 589 ℃;随着远离熔池中心,各点峰值温度逐渐降低. 激光单道处理后,熔覆层内受拉应力,最大值出现熔覆层与基体交界处,热影响区受压应力. 搭接处理后第一道熔覆层仍受拉应力,但拉应力值明显降低,最大值在热影响区. 由于第一道熔覆的预热作用,第二道各点峰值温度均高于单道处理,应力最大值出现在靠近熔覆层底部位置,而热影响区受压应力.     

中空环形激光熔覆层温度场与应力场的数值模拟研究

目的研究基于"光束中空、光内送粉"工艺下中空环形激光熔覆层温度场分布规律、应力演化过程及沿熔覆层深度方向上的残余应力分布,为调控或降低光内送粉激光熔覆层残余应力提供参考。方法采用ANSYS软件APDL语言建立单道熔覆层物理模型,利用生死单元法模拟激光加载,从而得到温度场结果,在此基础上进行热力耦合,分析熔覆层内应力演化过程,在熔覆层深度方向上建立路径,得到沿路径方向上的残余应力分布结果,最后进行实验测定。结果当采用中空环形激光束加载时,光斑温度分布呈"马鞍形",熔覆层横切面上温度分布形状呈对称的"W"形,两侧温度高,中间温度低,熔覆层上表面扫描路径上的节点在扫描过程中都会经历两次温度峰值,且第二次温度峰值要高于第一次。热应力随着扫描过程进行而不断变化,由起初产生的熔覆层压应力逐渐转化为拉应力。沿扫描方向上的残余应力值最大,可达到273 MPa。熔覆层深度方向沿扫描方向上的残余应力值在上表面位置有最大值235 MPa,熔覆层与基材接合面处有最小值185MPa。最后结合实验测定,数值计算与实验结果一致。结论中空环形激光光斑"马鞍形"式的能量分布使得熔覆层温度分布更为均匀,可有效降低温度梯度。环形光斑后半环高温区域的重熔作用有利于能量的再分配,有利于减缓应力集中。熔覆层深度方向沿激光扫描方向上的残余应力分布,随着深度的增加而逐渐减小。     

激光焊接汽车双联齿轮温度场和残余应力的有限元预测

基于SYSWELD有限元分析软件,预测了不同离焦量下CO2激光焊接汽车双联齿轮的温度场及残余应力的分布,并对模拟结果进行了分析。数值模拟时,考虑材料热物理性能与温度的非线性关系,以及相变潜热对温度场的影响。将模拟结果与前人的相关研究结果进行了比较,验证了热源模型和网格模型的合理性,模拟结果基本可信。     

曲面基底工件激光熔覆温度场与应力场数值模拟

目的 研究曲面基底工件激光熔覆的温度场和应力场分布情况。方法 采用数值模拟的方法模拟激光熔覆及冷却过程中的温度场和应力场。通过Ansys软件,采用高斯热源模型模拟圆环柱曲面基底外表面上的激光熔覆过程。在加工过程中,激光头与基底的相对运动为螺旋运动。分析不同功率和扫描速度对温度场和残余应力的影响,以及应力场随时间的变化和残余应力的分布情况。结果 扫描速度对温度场的影响较大,功率和扫描速度对残余应力无明显直接影响,不同功率和扫描速度的残余应力最大值都出现工件外壁中部。在XZ轴面上的径向应力呈现出漏斗形,四周高,中间低,大部分都在–20～20 MPa,起伏较小;周向应力在XZ轴面对角线方向上呈近似抛物线,两端高,中间低,最高值为100 MPa,最低值为–50 MPa,起伏较大;厚度方向的应力分布呈近似半圆锥三维形状,在Z轴方向上为近似直线,在X轴方向上为近似半抛物线,呈现出一端高、一端低、中间部分逐渐下降的趋势,最高值为110 MPa,最低值为–30 MPa,起伏较大。结论 成功研究了曲面基底工件激光熔覆的温度场和应力场分布情况,对曲面基底激光熔覆的工艺参数优化和提高产品质量有一定指导作用。     

3D激光熔覆陶瓷-金属复合涂层温度场的有限元仿真与计算

通过建立移动激光高斯热源作用下三维熔覆温度场的计算机数值分析模型,在分析过程中引入了复合材料热物性参数的计算方法,考虑了相变潜热和辐射对流散热等因素,用ANSYS中的ADPL语言编制了相应的计算机程序,具有较高的计算精度。在不同的工艺参数条件下,用该模型对激光熔覆陶瓷一金属复合涂层温度场进行了分析计算,得出了熔覆过程中试样表面、端面的温度等值线分布和温度梯度分布,预测了熔池的轮廓、热影响区的形状、交界面的结合情况等,为研究激光熔覆陶瓷．金属复合材料涂层的覆层成型和凝固机制、根据熔覆层的材料设计要求选择激光熔覆工艺参数等提供了依据。     

散热器电子束钎焊温度场和应力场的有限元分析

针对航空飞机上应用的具有管板接头结构的散热器,利用ANSYS软件,建立二维模型,对1Cr18Ni9Ti不锈钢散热器分别按"直接加热"和"分阶段加热"两种电子束钎焊工艺钎焊的温度场和应力场进行了有限元分析。结果表明,采用分阶段加热钎焊工艺时,获得了均匀的钎焊面温度分布,钎焊面大部分区域的温度在1042～1051℃之间,且在钎焊温度范围之内;对于径向残余应力,采用直接加热钎焊时,钎焊面上出现明显的应力集中区域,而采用分阶段加热钎焊,钎焊面上没有应力集中区出现;对于周向残余应力,分阶段加热钎焊的拉应力峰值较直接加热钎焊减小了11.2%;两种钎焊工艺的周向残余应力的拉应力峰值都大于径向残余应力的拉应力峰值,说明钎焊面的危险部位沿圆周方向。