选区激光熔化成形过程监测技术研究进展EI北大核心CSCD

选区激光熔化(SLM)作为现代工业构件制造的一种主流技术,广泛应用于汽车、航空航天及医学等领域,对SLM工艺的监测及闭环控制方式进行系统梳理变得极为重要。针对SLM技术原理及熔池变化,从SLM成形过程中的熔池温度和形貌特征综述选区激光熔化监测技术发展进程及不足,分析闭环反馈技术的研究现状。研究表明:SLM加工过程中熔池的变化状态是影响成形件质量的重要因素,通过光信号、声信号或多信号传感器可对熔池状态进行有效监测,而闭环控制需要算法分析、机器学习及传感器的协同配合才能实现实时反馈及控制。根据当前监测技术的实时性较差及系统反馈控制不够完善等问题,提出未来智能监测技术与实时闭环控制等发展方向,可为未来SLM成形高质量零件提供参考借鉴。     

激光金属直接制造中载气流量对薄壁零件成形质量的研究

对载气式激光金属直接制造中承载粉末的载气参数进行了实验研究,用316L不锈钢粉末进行了不同载气流量的薄壁零件的成型试验.实验结果表明,在送粉量一定时,随载气流量增大,薄壁零件的表面成形质量先增大后减小.通过选择适当的载气流量能够制造出薄壁零件顶端表面平整程度达到53.7μm,对于提高薄壁零件表面的成形精度具有指导意义.     

激光金属制造薄壁零件z轴单层行程模型

为了提高激光金属直接制造薄壁零件的成形精度,制备出表面平整的薄壁零件,研究了z轴单层行程参数对成形薄壁试件表面精度的影响规律,提出并验证了z轴单层行程理论模型.结果表明,在一定简化条件下,根据质量守恒定律,推导出任意参数下的z轴单层行程模型,该模型显示z轴单层行程是单道熔覆层宽度与高度的函数,当z轴单层行程与模型计算值一致时,能够制造出表面平整的薄壁零件.     

同轴送粉喷嘴粉末汇聚特性三维数值模拟

在激光金属直接制造过程中,实际的粉末汇聚不是自由射流,而是受阻射流.为了获得受阻射流工艺参数对粉末汇聚特性的影响规律,提高激光直接制造精度,应用FLUENT软件中的离散相模型模拟了工艺参数对粉末汇聚浓度分布的影响.结果表明:在自由射流时,粉末汇聚浓度随着送粉量的增加而增大,随着载气速度的增大而明显降低,保护气速度的增大...     

工程机械液压稳定系统动态特性与实验研究

为了提高装载机整车结构的可靠性与稳定性,设计了一套具有蓄能器、电磁换向阀、可调节流阀的液压行驶稳定系统,建立了简化的整车动力学模型,分析了蓄能器的容积和预充压力对油缸刚度的影响,研究了不同车速、不同载荷等参数下整车结构的刚度变化规律.仿真结果表明加入行驶稳定系统之后,满载和空载工况下垂直方向车架的振动加速度得到了明显的降低.实验结果表明,蓄能器能够较好的跟随液压系统完成工作任务,起到了较好的减震效果.经过正交实验得到了蓄能的性能参数MAP图,为控制策略设计提供了数据参考.     

燃料电池发动机热管理系统控制优化

为了提高质子交换膜燃料电池的运行效率、保障运行安全,设计了一个前馈加状态反馈的控制器来调节温度,并在Amesim中建立了电堆的热管理系统仿真模型.在Matlab/Simulink平台上建立了控制策略模型,对风扇和水泵进行协调控制.仿真结果表明,电堆的入口温度控制在70℃上下,电堆入口和出口的温差控制在10℃以内,热管理系统能够将系统的热平衡温度控制在62℃左右,控制效果满足实际工作需求.研究结果对于提高燃料电池发动机热管理系统智能性具有重要的理论意义.     

离焦量对中空环形激光熔覆层温度场及应力场的影响

为减小光内送粉激光熔覆层的残余应力,研究了不同离焦量对熔覆层温度场和应力场分布的影响规律。采用数值模拟与实验验证相结合的方法分别对离焦量为0、-1 mm、-2 mm、-3 mm、-4 mm的温度场及应力场进行了研究。结果表明：采用负离焦量的温度分布更为均匀,熔覆层内的残余应力更小;离焦量增大时,激光扫描方向上的残余应力随熔覆层深度增大逐渐减小。     

激光增材制造工艺参量对熔覆层残余应力的影响

为了探究工艺参量对激光增材制造熔覆层残余应力影响规律，采用数值模拟及实验验证相结合的方法，取得了激光增材制造熔覆层截面深度方向上沿扫描路径y方向和垂直扫描路径x方向上残余应力的分布规律，并在此基础上进行了不同工艺参量对y方向和x方向应力场影响分析。结果表明，在一定参量范围内，随着熔覆层深度的增加，y方向残余应力均表现为拉应力，呈现先增大后降低趋势，在熔覆层顶部约0.2mm处存在最大拉应力为262MPa；x方向由压应力逐步转变为拉应力，其略小于y方向应力值；随着激光功率的增大，x方向残余应力逐渐增大，y方向残余应力逐渐降低；随着扫描速率的增大，x方向的残余应力将随之减小，而y方向的残余应力将随之增大；随着送粉量的增大，x方向和y方向的残余应力均将随之增大。此研究为降低激光增材制造熔覆层残余应力及工艺参量优化选择提供了指导。     

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。