激光熔凝表面强化技术及其数值模拟研究进展

综述了激光熔凝表面强化技术机理及工艺参数影响的研究现状,结合实际分析目前该技术存在的技术瓶颈,并探究了其数值模拟方面的研究进展。认为研制高效的激光表面处理涂层和采用数值模拟的方式进行激光表面处理技术的机理研究是该领域的主要发展方向。另外,笔者认为可采用多种表面硬化处理方式共同作用,使材料在多种因素交互作用下发挥最大的硬化潜能,如在激光熔凝表面处理后加渗氮等表面化学处理方法。     

激光熔凝表面强化技术及其数值模拟研究进展

综述了激光熔凝表面强化技术机理及工艺参数影响的研究现状,结合实际分析目前该技术存在的技术瓶颈,并探究了其数值模拟方面的研究进展。认为研制高效的激光表面处理涂层和采用数值模拟的方式进行激光表面处理技术的机理研究是该领域的主要发展方向。另外,笔者认为可采用多种表面硬化处理方式共同作用,使材料在多种因素交互作用下发挥最大的硬化潜能,如在激光熔凝表面处理后加渗氮等表面化学处理方法。     

工件淬火过程数值模拟研究

论述了工件淬火过程三维温度场、应力场数学模型。利用ＡＢＡＱＵＳ非线性有限元程序和自行开发的淬火过程工件／介质边界换热条件程序，对淬火过程的三维温度场、应力场进行了数值模拟。与实验结果比较，吻合较好，误差在１０％以内。     

淬火过程数值模拟研究进展

总结了淬火过程数值模拟的研究方法和成果,其内容主要包括温度场、相变过程、应力场等数值模拟,并指出了进一步研究的方向和建议     

激光点火过程的二维数值模拟

分析了激光点火过程的机理，针对激光点火过程的二维“热点”效应建立了二维数学模型，利用有限差分法进行求解，模拟结果反映了激光点火的过程，并模拟了不同参数对点火延迟时间的影响。     

火炮身管内表面激光硬化处理的实验研究

提高身管寿命是火炮行业亟待解决的关键技术问题，激光表面改性技术是解决这一问题的有效方法之一。本文在分析激光表面相变硬化性能的基础上，对身管内表面进行了激光硬化处理实验研究，检测了其内表面阳线和阴线的硬化层硬度和深度，对比分析了离焦量和焦深对其内表面硬化层硬度的影响，并对激光相变硬化层金相组织进行了分析。经激光硬化处理后，身管的内表面硬度有明显提高，硬化层较深，且为很细的条状马氏体组织。     

激光相变硬化过程数值分析与工艺优化系统

应用本系统可建立不同钢种的热物性参数库和激光相变硬化处理工艺参数库。建立了激光相变硬化过程的传热模型 ,应用有限元或有限差分方法计算了激光相变硬化过程的温度场及组织场。计算出的温度场和组织场可以用图形的方式直观地显示出来。激光相变硬化区宽度和深度的计算结果与实验符合较好 ,为工艺优化提供了依据。     

镁合金激光-MIG复合焊温度场数值模拟

采用MSC.Marc有限元软件对镁合金激光-MIG复合焊的温度场进行数值模拟计算,并与实验结果对比,研究表明:数值计算获得的焊缝截面形状和尺寸与实验结果相比,一致性达到94%以上;母材上3点的计算温度与实测值偏差在8%以内;由于上表面温度向下表面传导,使下表面焊缝从凝固温度冷却到300℃比上表面焊缝所需时间长约50%。     

激光多点点火二维两相流数值模拟

激光点火技术是一种新型点传火技术,为了研究激光多点点火对膛内压力波动、燃烧稳定性等的影响进行了数值模拟。以某短身管30 mm火炮激光点火过程为研究对象,建立了二维两相流数学物理模型,采用MacCormack两步预估校正差分格式及运动控制体运动边界处理方法实现数值计算。数值计算结果与实验有较好的一致性,对激光点火系统设计具有参考意义。     

半固态AZ91D流变铸轧温度场数值模拟

从流体力学的角度出发,采用有限元方法对半固态 AZ91D 镁合金的流变铸轧过程进行了研究。数值模拟结果表明,半固态浆料温度为584℃时所设计的镁合金半固态流变铸轧过程能很好地进行,此模拟结果为确定最佳的工艺参数提供了有效的证据,同时,该研究工作能为分析半固态流变成形过程提供有益的信息。     

激光辐照圆锥形金属/炸药结构温度场数值模拟

考虑热传导过程中金属材料固液相变和物性参数的变化,建立连续激光作用下圆锥形金属/炸药结构的有限元计算模型,得到相应的三维温度场分布,分析炸药热爆炸的可能性及金属壳厚度和圆锥角大小对温度场分布的影响。结果表明：温度场数值解和解析解的结果基本吻合;金属壳体越厚,相应炸药点的温度越低,热爆炸的可能性也越小;激光辐照的功率密度在一定的条件下,圆锥角越大,激光的辐照面积越大,金属壳表面温度越高。     

7A52铝合金双丝MIG焊接温度场数值模拟

采用ANSYS的"生死"单元技术,对7A52铝合金双丝MIG焊接的热过程进行数值模拟。实现多层焊中焊缝填充的动态过程,与真实试验过程完全吻合。结果表明,7A52铝合金双丝MIG焊接过程中,焊点处的峰值温度可达到837℃。     

基于FDM/FEM的镁合金挤压铸造温度场数值模拟

开发模拟挤压铸造凝固过程中温度场变化的有限差分/有限元计算模型,该模型包括凝固过程中的潜热释放。温度场模拟中采用交替隐式算法;应力场模拟中采用热粘弹塑性本构模型。为验证模型的正确性,对镁合金AM50A圆柱体实验件挤压铸造温度场变化过程进行模拟计算,模拟结果与实验结果基本一致。     

气动阀门发声器内流场的数值仿真

利用CFD软件Fluent建立了一个气动阀门发声器3D模型,模拟了其内流场分布规律。结果表明,气动阀门与谐振管共同作用,会对发声器内流场的速度和压力分布产生很大影响。模拟结果表明,Fluent对气动发声器内流场模拟结果合理,用于气动发声的设计与优化具有良好的前景。     

TIG增材成形5356铝合金温度场数值模拟分析

用Abaqus软件结合单元生死法,建立钨极惰性气体(tungsten inert gas,TIG)增材成形5356铝合金有限元模型,探讨层间冷却时间、增材方向及预热对温度场的影响规律,并通过实测温度验证仿真结果。结果表明:随层间冷却时间递增,第1层表面中点温度循环曲线的峰值与谷值下降;随层数增加,峰值温度先快速下降,后缓慢下降;谷值温度先快速增加,后缓慢增加。往复式增材成形可有效改善同向增材在熄弧端因热量积累导致的成形缺陷,有利于提升表面平整度。在合理温度范围内的基板预热可使温度分布更均匀。     

热钢圆盘喷水冷却过程的温度场测量与模拟

为了得到喷水淬火工艺参数与工件冷却速度的相互关系,对45钢圆盘试样分别在自然冷却和喷水冷却过程的温度场进行了实测与有限元模拟。在试验中用热电偶和红外测温仪测得试样在两种条件下的冷却曲线,用有限元软件DEFORM进行模拟,通过调整热流密度值,获得热流密度(HF)随表面温度的变化关系;并对所得数据进行拟合,得到热流密度与工件表面温度的函数关系式。该关系式可用来求解热流密度,进而用有限元软件获得试样的温度场的模拟计算值。结果表明,模拟值与实测结果吻合的较好。     

TC11表面激光熔覆MCrAlY涂层温度场模拟及参数优化

采用ADPL参数化语言,综合考虑热源模型、材料热物性参数、相变潜热、边界条件等因素,建立了连续移动高斯热源作用下TC11表面激光熔覆MCrAlY涂层三维瞬态温度场数值模型。实验结果测量值与模拟计算值的对比表明,建立的温度场数值模型具有很好的可靠性。同时,在分析涂层品质的基础上,基于该模型对TC11表面激光熔覆MCrAlY涂层的激光工艺参数进行了预报及优化,得出较优的激光工艺参数为:激光功率1 200 W、光斑直径2 mm、扫描速度400mm/min。     

模具参数对钨合金液力挤压应力场及模具压力影响数值仿真研究

用弹塑性有限元法研究模具参数对钨合金液力挤压应力场及模具压力的影响规律。结果表明:随模具角度的增大,制品表面的拉应力、周向拉应力、外圆附近剪应力呈不断增大的趋势;摩擦因数对轴向和周向应力的影响较小,径向拉应力随摩擦因数的增大而减小;随着挤压比的增大,表面轴向最大拉应力、径向压应力随之增大,而周向应力、径向拉应力随挤压比增大而减小;模具角度为30°时,模具压力最小;随着挤压比的增加,模具压力增大。