基于材料性质转换的金属粉末直接选区激光烧结温度场数值模拟

基于MSC.Marc非线性有限元分析软件,建立金属粉末直接选区激光烧结过程的温度场有限元分析模型。模型中考虑了粉体—实体转化过程中热导率等物理性质随温度的非线性变化规律。对于表面对流和辐射散热条件,采用修正系数的方法,考虑激光冲击加热作用引起的极大温度梯度的影响。同时还采用在不同载荷步之间转换单元材料物理性质,以考虑激光烧结过程中的局部热源输入作用。对采用在不同载荷步之间转换单元材料物理性质的方法和不采用此方法进行模拟对比研究,结果表明：前者在烧结开始时在光斑中心附近具有极大的温度梯度,这与试验结果一致;前者热传播的主要范围集中在已烧结区域,而后者热传播的范围则是整个粉床;前者进入稳态烧结后光斑中心温度变化趋于平缓,而后者的光斑中心温度一直持续上升。这主要是由于已烧结部分的材料热导率比未烧结部分的粉末高约100倍造成的。     

5A06电子束焊接Mg元素烧损规律及对接头力学性能的影响

研究了5A06合金电子束焊接时,熔池内Mg元素的分布规律以及Mg元素烧损对焊接力学性能的影响。结果表明：在接头区域,越靠近热影响区的Mg元素烧损程度越低;随着焊缝深度的增加。Mg无素烧损程度减小,同时显微硬度增大,烧损程度越严重的试样显微硬度越低。     

基板预热温度对选区激光熔化AlSi9Mg1ScZr微观组织及力学性能的影响

本文研究了基板预热温度对选区激光熔化制备AlSi9Mg1ScZr合金样品微观组织及力学性能的影响,在35℃、85℃、135℃三种不同基板预热温度下,制备了SLM样品并分别进行微观组织观察及性能测试。结果表明,基板预热温度设置为135℃时,由于基板预热温度和激光扫描热输入的共同影响,使合金在打印过程产生了原位时效效应,在保留细小枝晶和Si网格的同时促进了元素从过饱和固溶体中析出。相比基板预热35℃的样品,纳米尺度的Mg2Si相和Si相在α-Al基体及枝晶界析出的数量显著增加,起到了提高强度的作用;但微米尺度富Fe相的析出对塑性产生了负面影响。在基板预热温度设置为135℃时,制备的AlSi9Mg1ScZr合金在0°方向上屈服强度高达360 MPa、抗拉强度高达502 MPa、伸长率为7%;90°方向上屈服强度高达331 MPa、抗拉强度高达511 MPa、伸长率为5.4%。本研究通过提高基板预热温度,在SLM过程中实现了SLM样品的原位时效,改善了SLM制备AlSi9Mg1ScZr合金的微观组织,在不经过后续热处理的情况下,大幅降低了残余应力,得到了超高强度的AlSi9Mg1ScZr合金样品。     

单胞构型和结构参数对SLM成形梯度点阵结构压缩性能的影响

梯度点阵结构由于压缩时具有优秀的吸能能力,目前常作为吸能组件被应用于航天、国防和医疗等领域。但随着现代工业的发展,工程领域对其压缩性能提出了更高的要求,为使其进一步优化,有必要探讨单胞构型、结构参数和压缩性能之间的关系。因此本研究通过选区激光熔化(Selective laser melting, SLM)成形了两种梯度差的AlSi10Mg变杆径梯度体心立方(Body-centered cubic, BCC)和金刚石(Diamond, Diam)结构,以研究梯度差对压缩性能的影响,并对两种单胞构型进行对比。准静态单轴压缩实验和有限元分析(Finite element analysis, FEA)的结果表明,在同相对密度下,当单胞构型相同时,随着梯度差的增加单位体积吸能量明显增加。而梯度差相同时,Diam梯度点阵结构的压缩模量、屈服强度、抗压强度和最大峰值应力均高于BCC,同时其单位体积吸能量和吸能效率也高于BCC。     

SLM NiTi记忆合金BCC点阵结构的吸能特性研究

通过选区激光熔化（SLM）技术制备了不同体积分数的NiTi记忆合金BCC点阵结构（基于CAD及基于三周期极小曲面TPMS）,分析了失效前的压缩响应,研究了体积分数、单元构型和微观组织对能量吸收的影响。结果表明：NiTi BCC点阵（体积分数5 %~25 %）在压缩至损伤前具有优秀的比能量吸收（0.45~1.89 J/g）,卸载后加热可恢复至92 %以上;体积分数及单元构型对NiTi BCC点阵的压缩响应有重要影响;体积分数小于15 %时,CAD样品具有更长可压缩应变,比能量吸收更好;体积分数大于15 %时,TPMS样品具有更高压缩应力,比能量吸收更好;SLM过程中的阶梯效应导致了点阵支杆的下表面与内部具有不同的材料组织,下表面处熔池条纹更深更宽且晶粒更加粗大;材料异质性导致了相对较差的机械性能,不利于能量吸收;由于受载下应力集中位置及异质比例的不同,该材料异质性对低体积分数的TPMS样品的不利影响更大。     

焊接熔池流体动力学行为的数值模拟和实验研究北大核心CSCD

在对激光焊接过程中匙孔壁面受力平衡状态和金属蒸发情况研究基础上,建立了随匙孔深度和形貌变化的自适应热源模型。采用Particle Level Set方法来跟踪熔池内的匙孔自由表面,对2A12合金和30CrMnSiA钢激光深熔焊过程进行了数值模拟,分析了材料性能和侧吹气体对熔池-匙孔内的温度场、流场和匙孔动态演化过程的影响。研究结果表明,相同工艺参数下热导率较小的材料,更容易形成深而窄的焊缝形貌。而侧吹气流气体的加入不仅能够改善熔池内流体的流动状态,而且能够显著地抑制焊缝中气孔产生。在此基础上,利用熔池动态监测技术对激光焊接中熔池的动态行为进行了实验观测,得到了熔池内匙孔颈缩、塌陷、闭合以及气泡的形成过程,进一步验证了模拟结果的合理性。在对不同侧吹气流下焊缝气孔检测和模拟结果分析的基础上,提出了增强焊接稳定性和降低气孔敏感性的新思路。     

直接金属选区激光烧结热应力场有限元模拟

在考虑随温度变化而变化的热传导、比热容等热物性参数的作用下,建立了直接金属多道烧结的三维有限元分析模型。采用先进行温度场分析、再进行应力场分析的间接热力耦合策略。模拟结果显示,随着烧结过程的进行,由于已烧结部分的影响,最大热应力有减小的趋势;在扫描烧结道的前方有比后方更大的应力分布,这与实验结果相吻合。     

基于单片机微控制器的多通道微机配料系统的设计

配料工序是水泥、化工、建材等行业配料工艺过程控制和质量控制的关键环节之一,而微机配料系统是保证配料质量和产量的关键,本文提出了一种以8031单片机为微处理器的多通道微机配料系统,阐述了该系统的工作原理、组成结构以及系统硬、软件设计关键技术。     

选区激光熔化成形点阵结构的各向异性对力学性能的影响

选区激光熔化技术（selective laser melting, SLM）成形的金属点阵结构由于具有结构设计自由度大、轻量化、缓冲吸能等优势,在航空航天等领域具有广泛的工程应用前景,然而对其力学性能的研究不够充分。本研究设计了不同方向的体心立方（body-centered cubic, BCC）和金刚石（Dia）两种晶胞点阵结构,基于SLM技术成形了AlSi10Mg点阵结构,并对成形试样进行了压缩试验,结合有限元分析（finite element analysis, FEA）研究了点阵结构的各向异性对其压缩响应和吸能特性的影响。结果表明,两种点阵结构均存在明显的各向异性。在相对密度基本一致的情况下,点阵结构方向从0°到45°,随着角度的增大,屈服强度明显增大,BCC点阵结构的各向异性对其压缩屈服强度的影响更加明显,Dia点阵结构的屈服强度明显高于BCC点阵结构。不同方向点阵结构的比吸能(specific energy absorption, SEA)存在明显差异,点阵结构方向从0°到45°,随着角度的增大,SEA明显增大,Dia点阵结构的SEA明显高于BCC点阵结构。不同方向点阵结构的碰撞载荷效率(crash load efficiency, CLE)存在明显差异,BCC点阵结构在0°方向取得最大值1.07,并随着点阵结构角度的增大逐渐减小,Dia点阵结构CLE随着点阵结构角度的增大而增大,并在45°方向上取得最大值1.01。     

气流辅助增强匙孔激光焊熔深增加机理

采用直径为0.8 mm的气流喷嘴直吹匙孔,开展了不同吹气方向、气流入射点位置及流量下的激光焊试验,为获得增强的匙孔效应和增加的熔深.通过等值线图分析获得了优化的气流参数,最大熔深较传统激光焊增加了约38%.合适入射点位置和流量的增强匙孔气流,不仅压制了等离子体,还将匙孔口部的液态金属向下压,使得匙孔口部明显扩大、熔深增加、焊缝成形良好,匙孔内等离子体的流向发生了改变,因而熔池内液态金属的流向也发生了变化;入射点位置偏后时,其作用区域为匙孔后方熔池,将液态金属向熔池后方推,会导致驼峰焊道的产生.