一、固体表面激光加工熔池特性的数值分析（论文文献综述）
边培莹[1]（2020）在《SLM动态热力耦合仿真与工艺参数优化技术研究》文中研究说明选区激光熔化（Selective laser melting,SLM）在小批量、难加工、高附加值产品增材制造中得到了广泛应用。然而,工艺参数的选配对其成形质量具有决定性的影响。针对SLM成形时循环热力耦合机理不明晰,主要工艺参数的匹配关系及对热力影响规律不明朗的科学问题,本文构建一种基于“动态热源”和“循环传热”模型的SLM成形过程动态热力耦合仿真方法,发展一种改进PSO算法嵌入BP算法的“复合算法”进行SLM主要工艺参数智能匹配优化,从而可对SLM热力作用机理及主要工艺参数的热力影响规律进行系统分析。该研究可为SLM成形热应力的预测、工艺参数的优化、以及成形质量控制提供理论参考。全文共分六章,主要研究内容和创新工作如下:（1）提出了工艺参数驱动的SLM成形动态热力耦合仿真方法根据SLM成形中的循环热力效应特点,提出了SLM成形动态热力耦合算法。首先,设计完成了动态热源、循环传热、弹-塑总应变矩阵等模型,构建了符合SLM实际工艺特点的热弹性基本方程进行SLM动态热力耦合求解。然后,基于前述方法对有限元软件进行二次开发SLM成形过程,并通过具体的模型实例按实际SLM工艺参数进行了成形数值仿真。最后,通过在线熔池监控,残余应力实验测试等对相同工艺参数的SLM动态热力耦合输出结果进行验证,证明了仿真算法的有效性及仿真结果的可靠性。与现有方法相比,此仿真方法可以实现多层多道SLM成形过程高效动态仿真,并可以实现符合实际工艺特点的循环热力作用过程数据跟踪。（2）提出了基于动态热力耦合仿真的SLM工艺参数匹配方法根据所开发的SLM成形动态热力耦合方法进行了多工艺参数的输入接口扩展,提出达到稳定热力耦合场的主要工艺参数匹配方法。首先,对SLM成形动态热力耦合仿真进行了输入参数模块扩展,完成了多工艺参数驱动的模型仿真。其次,用相同工艺参数组合的实验对仿真结果进行验证,通过熔池尺寸、残余应力等实验结果,论证了激光功率、扫描速度、扫描轨迹等主要工艺参数之间的匹配性要求,参数匹配可以减少成形缺陷或成形失败。此外,在成形过程中,工艺参数之间的相互影响是动态非线性的,通过多工艺参数的组合分析,证明获得SLM合格成形件其工艺参数匹配需引入智能迭代求解。（3）提出了基于复合算法的SLM工艺参数优化方法根据多工艺参数匹配优化的智能求解需求,通过对SLM中多工艺参数这类非线性、多元多目标、离散难解问题分析,提出了PSO算法中嵌入BP算法的“复合算法”。首先,以PSO算法为主流程,嵌入BP算法的学习推理作为目标函数评价来构造该复合算法,并采用SLM动态热力耦合仿真软件运行的系列化参数结合实验测值作为学习样本。然后,建立了BP算法多层细分网络结构与PSO算法变惯性权重、变学习因子等改进方法,避免复合算法陷入局部最优,完成了该算法组合的实现流程框架,并通过Matlab软件编程实现。最后,对“SLM主要工艺参数优化系统”进行了界面设计及调试运行。通过对多组工艺参数的运行,并结合实验测试结果分析,证明复合算法对SLM主要工艺参数的热力结果评估的收敛性,并证实了有边界条件的SLM主要工艺参数优化的有效性。（4）揭示了SLM成形的热力耦合机理及工艺参数作用规律对不同系列的SLM主要工艺参数,通过SLM动态热力耦合方法的有限元仿真分析,并在仿真中对热力计算过程设置随层数值点进行数值跟踪,研究了SLM热—力互相作用的三维热应力分布趋势及机理;结合SLM成形动态热力耦合仿真系统、XRD残余应力测试、EBSD微观晶粒统计等实验、以及基于复合算法的“SLM主要工艺参数优化系统”进行多组多维数据分析,研究了SLM中的四个主要工艺参数在循环热作用下对温度场、微观组织、残余应力等的影响关系,由相关数据分析初步总结了主要工艺参数对热力结果的影响规律。该结论可为工程应用中的SLM多工艺参数优化设计分析提供理论参考。
赵明皇[2]（2020）在《激光增材制造H13工具钢热行为及微观结构研究》文中进行了进一步梳理作为激光增材制造（Laser additive manufacturing,LAM）技术的重要组成,基于铺粉的选区激光熔化（Selective laser melting,SLM）技术可以实现高性能复杂金属零部件的快速近净成形,目前已经在多个领域得到应用,并逐渐成为工具和模具制造的新方法。本文以典型的H13热作工具钢为研究对象,基于数值分析方法系统研究了 H13工具钢SLM成形过程复杂的熔池热行为,基于试验研究方法系统探讨了激光加工参数对冶金缺陷、致密化、显微组织和冶金结合的影响和调控机制,旨在为SLM成形H13工具钢提供理论依据和技术指导,并促进该技术在工具和模具制造业的推广和工程应用。主要研究内容和结论如下:（1）基于ABAQUS软件,编译了一套用户子程序,开发了 H13工具钢SLM过程三维有限元分析（FEA）模型,系统研究了成形过程复杂的熔池热行为。模拟结果表明,成形过程粉末材料经历了复杂且快速的加热和冷却反复迭代行为,加热速率和冷却速率高达106-107℃/s,熔池温度分布、结构演变和热演变行为受激光功率和扫描速度影响显着,而受铺粉厚度和扫描间距等其他激光加工参数影响较小。（2）研究了 SLM成形H13工具钢的冶金缺陷行为、致密化行为和显微组织特征,探讨了成形过程典型冶金缺陷形成机理,揭示了激光加工参数对冶金缺陷、致密化以及显微组织的调控机制。研究表明,SLM过程易产生气孔、裂纹、未熔合或熔合不良等缺陷。其中,裂纹多起源于成形件侧面边缘,在扩展过程中会形成次裂纹以阻止主裂纹继续扩展,且孔隙缺陷会诱发微裂纹。内部冶金缺陷和致密化行为受激光功率和扫描速度影响显着,且致密度随激光功率或扫描速度的增大先增大后减小。在优化的激光加工参数P=200 W、v=1000 mm/s下,H13工具钢试样横截面近全致密,几乎没有缺陷,致密度高达99.13%。显微组织表现为等轴晶和柱状晶两种结构,在熔池内形貌复杂且分布不均匀,不同位置其形态、大小和生长存在明显差异,其中柱状晶具有明显的外延生长特征。（3）定量研究了激光加工参数对SLM过程激光重熔和预熔行为的影响,揭示了冶金结合形成机理和调控机制,并探讨了激光体能量密度（VED）对冶金结合性能的影响机制。研究发现,重熔和预熔行为对激光功率和扫描速度很敏感,重熔池峰值温度、重熔尺寸、重熔指数、预熔尺寸、预熔指数以及熔道搭接率与激光功率呈正相关关系,与扫描速度呈负相关关系。P≥160 W或v≤1500 mm/s时均可形成有效的冶金结合。铺粉厚度主要影响激光对相邻扫描层的重熔;扫描间距主要影响激光对相邻扫描道的重熔和预熔;而基板预热温度影响较小。在优化的能量密度VED=111.1 J/mm3下,H13工具钢试样相邻扫描道及扫描层之间无明显界面缺陷,具有良好的冶金结合质量。
姜自立[3]（2020）在《小电流脉冲GMA辅助大功率固体激光焊接过程数值分析》文中进行了进一步梳理激光+脉冲 GMAW（Pulsed Gas Metal Arc Welding,GMAW-P）复合热源焊作为一种优质、高效焊接技术,综合了激光焊与GMAW-P工艺的各自优势,具有“1+1>2”的能量协同效应,呈现出很大的工业应用潜力。相对于单种焊接方法,小电流脉冲GMA（Pulsed Gas Metal Arc）辅助大功率固体激光焊接工艺既可以充分发挥激光焊接的优势,又可以弥补激光焊接装配精度要求高、桥接能力差等不足,实现低热输入高效焊接,而小电流电弧与大功率激光的耦合无疑对焊接过程稳定性、焊接质量具有重要的影响。本文通过建立数值模拟模型,对小电流脉冲GMA辅助大功率固体激光焊接过程进行数值模拟和工艺实验验证。分析、阐明焊接熔池内热-力分布对熔融液态金属流动行为的影响。深入理解小电流脉冲GMA辅助大功率固体激光焊接过程的物理机制,指导并优化小电流脉冲GMA辅助大功率固体激光焊,实现优质高效、低热输入焊接,具有非常重要的学术理论意义和工程应用价值。通过小电流脉冲GMA辅助大功率固体激光焊接工艺实验,采集电弧形态图像和电弧电压、焊接电流数据;并以此为基础,优化脉冲电弧热源模型和激光热源模型,综合考虑熔池表面变形、激光与电弧的相互作用对电弧热流分布的影响,优化了熔滴过渡、电弧压力等模型,建立小电流脉冲GMA辅助大功率固体激光焊接三维瞬态传质传热模型,对比分析单激光焊和小电流脉冲GMA辅助大功率固体激光焊接熔池温度场、流场演变特点。结果表明,相比单激光焊,小电流脉冲GMA辅助大功率固体激光焊接熔池上表面受到脉冲电弧和熔滴的冲击作用,周期性地干扰小孔开口大小,间接影响金属蒸气的喷发方向;且后置的脉冲GMA能有效地降低熔池上表面的冷却速率,熔池长度增加50%,熔池上表面热量分布更加均匀,熔池上表面液态金属的后向流动变得更加复杂,横向铺展趋势增大,熔池宽度明显增大,熔池深度没有明显变化。分析了熔透焊接熔池温度场-流场的演变特点。结果表明,熔池内有两大流动趋势:熔池上部的顺时针流动以及熔池底部靠近小孔的小型逆时针流动。焊接过程稳定后熔池下表面的最大熔宽约是上表面的1/3,熔池下表面的长度约是上表面的1/4,熔池上表面冷却后基本不形成余高,也无凹陷,熔池下表面冷却后形成约0.5mm的余高,焊缝形貌相对规则美观。
许增[4]（2020）在《钛合金激光冲击熔注微细WCp改性层形成机理及其耐磨性研究》文中研究指明钛合金耐磨改性技术,是钛合金应用领域长盛不衰的一个研究主题。本文在分析国内外相关研究现状以及结合课题组前期研究成果的基础上,提出采用激光冲击熔注微细颗粒技术在钛合金表面原位制备WCp梯度耐磨改性层的新思路,在保证改性层具有足够厚度及结合力的同时,通过发挥激光加工技术高能快冷特性、微细颗粒晶粒细化效应、陶瓷材料高硬度高耐磨性的协同作用,实现钛合金多元协同耐磨改性。研究中,以航空航天工业中广泛应用的TC11钛合金为对象,通过建立激光冲击熔注微细颗粒改性层形成过程的能量模型、对激光冲击熔注微细WCp工艺过程的研究和激光冲击熔注微细WCp改性层微观组织的分析,阐明钛合金激光冲击熔注微细WCp改性层形成机理;以Si3N4为对磨件,考察了激光冲击熔注微细WCp改性层的摩擦磨损行为及其机理;从而,不仅为钛合金耐磨性多元协同改性提供实现方法和理论依据,而且丰富和发展激光冲击熔注微细颗粒新技术。本文完成的主要工作和取得的成果如下:（1）根据激光冲击熔注微细颗粒的技术原理,综合考虑微细颗粒实现注入、注入过程中微细颗粒的温升、基体材料表面熔池形成等三方面的能量,建立了激光冲击熔注微细颗粒能量模型,并基于该模型讨论了颗粒粒径对激光冲击熔注能量的影响。所建立的能量模型,可为给定实验条件下激光工艺参数的选择提供重要参考;同时,在本文研究条件下,颗粒粒径与激光比能量的大小呈现出“L”型关系曲线,随着颗粒粒径的增大比能量不断减小直至趋于稳定,综合能量和粒径两方面因素,激光冲击熔注选择颗粒粒径为1μm的微细颗粒较为合适。（2）采用Abaqus软件建立了TC11激光冲击熔注微细颗粒制备WC改性层的温度场模型,并将温度场模拟结果与实验结果进行了对比验证,表明该三维瞬态温度场可以准确反应激光冲击熔注过程中的温度分布规律;同时,基于温度场及能量模型的分析结果,通过正交试验的方法对激光工艺参数进行了进一步优化,采用综合评分法分别赋予评价指标缺陷等级Q和熔深D不同权重,得出了工艺参数对于综合评分的影响程度,即激光功率>离焦量>扫描速度,确定了本文研究条件下较优的激光工艺参数为激光功率400W、扫描速度80mm·min-1、离焦量-1mm。（3）研究了TC11激光冲击熔注微细WCp改性层上部、中部、下部以及与基体结合部位的组织和改性层表面及横截面的硬度变化规律,并对微细WCp对改性层组织与硬度的影响机制进行了探讨。结果表明,改性层的上部和中部偏上区域基体形貌为细小的胞状组织,在改性层的中部偏下区域可以看到明显的过渡层,过渡层以下部分基体组织转变为以树枝晶为主;同时,改性层表面的平均硬度为749.4HV,在WC颗粒分布较多的改性层中部区域出现硬度峰值892.9HV,横切面硬度均值约为基体硬度的2.28倍。此外,WC颗粒在改性层上部多分布于晶界,在改性层中下部多分布于晶内,分析认为这与激光冲击熔注技术自身特性造成的注入熔池的WC颗粒温度不同直接相关。（4）考察了TC11激光冲击熔注微细WCp改性层与Si3N4对磨件在常温条件下的摩擦磨损行为,并与相同条件下TC11钛合金的摩擦磨损行为进行了对比,同时初步探究了激光冲击熔注微细WCp的多元协同强化机制。结果表明,改性层相较于TC11表现出良好的耐磨性能,其比磨损率为0.058μm3/Nμm,而TC11的比磨损率为0.20μm3/Nμm;改性层主要以剥层磨损为主伴有轻微的磨粒磨损,而TC11则主要是磨粒磨损和粘着磨损。分析认为,改性层耐磨性提高的原因在于磨损机制的转变、WC颗粒的抗磨减摩以及改性层特殊的梯度结构与原位生成的方式使得改性层整体具有好的结构强度。
孙振邦[5]（2020）在《7A52铝合金VPPA-MIG复合焊接数值模拟及试验研究》文中提出变极性等离子弧（Variable polarity plasma arc,VPPA）-MIG复合焊接是针对厚板铝合金材料的一种优质、高效、深熔的焊接技术,该工艺结合了VPPA焊接的高能量密度、强穿透能力以及清理氧化膜作用和MIG焊接的高效率以及易于填充金属的双重优点,同时又弥补了MIG焊接熔深浅、VPPA仅能立焊成形等不足,具有广阔的工业应用前景。目前,对该复合焊接的研究主要集中在工艺方面,而对其物理现象数值模拟的研究未见报道。并且,复合焊接参数多,物理过程复杂,仅通过试验指导焊接工艺不利于推广和应用。本文利用数值模拟技术,通过开发合适的有限元计算模型,进行了铝合金VPPA-MIG复合焊接温度场和应力场的分析。这将有助于复合焊接工艺机理研究以及焊接参数和焊接结构的优化,具有重要的研究意义和应用价值。本研究以中厚板7A52铝合金为研究对象,采用激光导热仪（LAF）和差示扫描量热仪（DSC）测量并分析了7A52铝合金材料的热物理性能,建立了考虑7A52铝合金相变的材料热物理性能参数数据库。针对铝合金VPPA-MIG复合焊接开发了适用的组合式体积热源模型。根据VPPA在不同极性阶段的热源特性,开发了一种变极性热源模型,通过不同功率和不同热源分布参数的两个曲线旋转体热源模型的周期性分时加载来描述VPPA热输入形式。根据MIG焊接焊缝形状特点和传热特性,针对MIG焊接热源开发了考虑熔滴热能和动能的组合体积热源模型。采用高速摄像分析了VPPA-MIG复合焊接热源特性,并在集成以上VPPA和MIG热源模型的基础上,进一步优化了复合焊接热源模型,实现了在不同极性阶段热源间距和MIG热流密度的变化。利用建立的材料热物理性能参数数据库和VPPA-MIG复合热源模型,计算了不同厚度、不同工艺条件的7A52铝合金复合焊接温度场,计算结果（焊缝截面、熔池形貌以及热循环曲线）与试验结果吻合良好。通过计算结果与试验结果对比发现,随着VPPA功率的增大,MIG功率的减小,复合焊接熔深逐渐增加,穿透能力逐渐增强。VPPA-MIG复合焊接熔宽小于MIG焊接熔宽。复合焊接熔宽主要是由MIG所决定的,而VPPA是决定穿透深度的主要因素。通过合理的调整VPPA与MIG的功率比例,优化了不同厚度的7A52铝合金VPPA-MIG复合焊接工艺,获得了良好的焊缝成形。通过高温拉伸试验确定了不同温度下原始态和软化后7A52铝合金的力学性能,由此建立了铝合金各相的力学性能参数数据库,基于经典LSW理论开发了铝合金材料软化模型,实现了复合焊接中铝合金软化过程的计算,考虑了铝合金焊接接头软化行为对焊接应力的影响。分别运用材料软化模型和传统材料模型对11 mm 7A52铝合金复合焊接应力场进行了计算。计算结果表明,在临近焊缝热影响区,采用材料软化模型计算的残余应力水平较传统材料模型出现不同程度的下降。而在热影响区以外二者的残余应力水平相当。采用X射线衍射法测量了残余应力,与计算结果对比分析发现,运用材料软化模型的计算结果与测量结果吻合的更好,采用开发的材料软化模型提高了复合焊接应力场的计算准确性。模拟分析了7A52铝合金复合焊接在不同填充金属时焊缝残余应力的差异。结果表明,低强匹配较等强匹配的焊缝最大纵向残余拉应力降低了122.1 MPa,最大横向残余应力减小15 MPa。填充5系铝合金有效的降低了焊缝中的应力,减小了裂纹的扩展驱动力,进而可以降低焊缝产生裂纹的倾向。对比研究了不同工艺条件下的残余应力分布情况。研究发现,VPPA-MIG复合焊比传统双层MIG焊的最大纵向残余应力大25.5 MPa,而最大横向残余应力小11.6 MPa。复合焊的拉应力区域比MIG焊减小26.97 mm。在保证良好焊缝成形时,随着VPPA功率的增加,MIG功率的减小,复合焊纵向和横向残余应力及其拉应力区域面积均呈减小趋势。在最佳复合焊接工艺下,纵向残余拉应力峰值为276.8 MPa,横向残余拉应力峰值为32.9 MPa。
杨晓寒[6]（2020）在《激光表面微结构加工过程数值模拟研究》文中提出由于表面微结构可以提高材料的摩擦性能、生物医学性能以及光学性能,因此表面微结构在微电子、国防、生物、先进制造业等高技术领域具有广泛的应用。表面微结构加工技术有多种,其中以激光为热源的表面微结构加工技术,由于其优良的可控性、效率高、运用范围广、污染小等优点受到了越来越多的关注与使用。目前关于激光表面微结构加工的实验研究已有很多,但是由于实验现象比较复杂,只通过分析实验结果来研究激光表面微结构加工过程是不够的,因此需要进行一些数值模拟来研究材料变形过程的热学与力学效应,解释激光与材料的相互作用机理过程。本文以表面微结构的广泛应用为背景,运用COMSOL有限元分析软件,建立一种基于温度依赖性表面张力的二维有限元模型,研究了激光与材料相互作用过程中表面张力法向应力和表面张力切向应力对表面形貌的影响。并在此理论研究基础上研究了激光能量密度分布对表面形貌的影响,分别建立了激光能量密度高斯分布和均匀分布条件下的数值模型。通过对数值模拟结果的观察得出以下结论:1.激光表面微结构加工过程中,表面张力切向应力梯度的正负对流体流动、表面峰值温度以及表面形貌有着显着的影响。当表面张力切向应力梯度分别为大于零、小于零及等于零时,熔池表面形貌变化分别为中间凸起边缘凹陷、中间凹陷边缘凸起以及基本没有变化。并且在表面张力切向应力梯度小于等于零的情况下,随着表面张力梯度绝对值大小的增加熔池表面流体速度逐渐增加,峰值温度逐渐降低,表面形貌变形越大;反之,当表面张力切向应力梯度大于等于零时,随着表面张力梯度绝对值大小的增加熔池表面流体速度逐渐增加,峰值温度逐渐增大,表面形貌变形越大。2.表面张力法向应力对表面形貌也有着很大的影响。熔池表面流体速度随着表面张力法向应力的增加逐渐减小,峰值温度逐渐增大,表面形貌变形减小;而熔池表面峰值温度随着表面张力法向应力的增加逐渐降低,当表面张力法向应力增加到一定值时,峰值温度趋于稳定。3.激光表面微加工过程中激光能量密度的分布对表面形貌也有很大影响。光能量密度在高斯分布条件下的熔池表面变形比均匀分布条件下更大,且不容易确定熔池固化后表面变形具体位置;而激光能量密度在均匀分布条件下熔池区间变化较小,固化后的表面变形位置更容易确定,表面变形区间位置与激光光束直径接近。
蒋艺超[7]（2020）在《镍基合金激光熔覆传热传质数值模拟》文中研究表明大型舰船以及海洋钻采设备由于长期处于盐度较高的海洋环境中,腐蚀极为严重,腐蚀不但能够降低海洋装备结构的强度,缩短海洋装备寿命,还会影响作业性能和作业安全,因此寻求有效的腐蚀控制方法是我国工业发展关注的重要问题。镍基高温合金凭借其耐高温、耐腐蚀、耐复杂应力等性能,在制作涡轮发动机工作叶片、导向叶片、飞机发动机以及工业用燃气轮机等高温零部件方面具有广泛的适用性。激光熔覆对于镍基高温耐蚀合金的制造具有独特优势,不仅能够缩短生产时间、降低生产成本,还能优先考虑功能设计。非常适用于成型制造航空发动机及燃气机轮中喷嘴、叶片、燃烧室等热段部件以及航天飞行器、火箭发动机等复杂零件。目前,镍基高温合金成型过程中的微观组织及元素成分控制是限制激光熔覆制备镍基合金进一步发展的关键,而这两方面问题都与熔池中传热传质现象有关,如何理解和调控熔池内复杂热物理过程,是目前研究的主要趋势,也是进一步预测及控制激光熔覆制备的镍基高温合金零件的微观组织和力学性能的基础与前提。在实际工业生产中,激光光斑对生产效率和熔覆层的凝固参数有着较大的影响。因此,本文主要包括两个研究内容:首先,本文主要讨论圆形光斑激光熔覆过程中的熔池温度场和流场分布,及marangoni效应对熔池形状及凝固参数的影响。结果表明,Marangoni对流引起熔池表面流速出现双峰现象。计算了熔覆层温度梯度（G）和凝固速率（S）以预测凝固微观结构的形态和尺寸。模拟结果表明,在熔池的凝固过程中,冷却速率（G×S）从熔覆层的顶部区域开始降低,并且熔覆层的凝固速率从顶部到底部逐渐减小,其对应的微观结构与实验结果非常吻合,且当模拟熔池深度小于预先放置的粉末层的厚度时,基体与熔覆层之间的冶金结合不是很好。其次,在实际生产中,为了提高效率,矩形光斑得到了广泛的应用,所以本文又研究了矩形光斑激光熔覆过程。在4000 W的激光功率和3 mm/s的扫描速度下,熔覆层表面温度梯度G最大为500 K/mm,最大冷却速度ε为600 K/s,凝固速率S为1.20 mm/s。随着距离熔覆层表面距离的增加,G,ε和S均减小。随着距熔覆层顶面距离的增加,G/S首先略微下降,然后又上升,而冷却速度ε下降。为以后预测及控制熔覆层微观组织及性能打下了基础。该论文有图40幅,表4个,参考文献105篇。
贾云杰[8]（2020）在《超高速激光熔覆铁基合金数值模拟研究》文中研究表明2017年由德国提出的超高速激光熔覆技术,突破了传统熔覆的效率瓶颈,通过对熔覆头的精巧设计,调整粉末焦平面与激光焦平面的相对位置以实现激光与粉末路径的最佳耦合,使得在一定线能量输入下,粉末在飞行空间熔化的同时仅在基体表面形成微溶池,在保障冶金结合的基础上,实现粉末利用率85%以上的均匀薄涂层的高效制备。在超高速激光熔覆装备引起广泛关注与跟踪仿制的同时,超高速激光熔覆与传统激光熔覆的沉积行为差异,尤其是超高速激光熔覆准二维熔池的非平衡凝固行为尚不明确。本文基于COMSOL Multiphysics数值模拟软件,对超高速激光熔覆铁基合金涂层的熔覆过程进行了研究,建立了基于自主研发的环形同轴送粉喷嘴的粉气两相流模型,计算了超高速激光熔覆瞬态温度场和流场。（1）使用多种惰性气体分别作为送粉气气体进行对比。发现氦气的流动速度最快,但喷出送粉口后发散迅速。氮气作为激光器保护气性价比最高。氩气作为载粉气综合性能最优,能够有效覆盖熔覆区域形成抗氧化环境,减少熔覆过程熔覆材料的氧化与过烧现象。载粉气气流量为4-8L/min及粉末颗粒粒径为150-250目左右时,粉末流在送粉头喷嘴垂直向下距离11-13mm位置形成密度较高截面近似菱形汇聚区。（2）超高速激光熔覆在0.015s时,激光的能量输入与基体和熔覆涂层内的能量消耗达到平衡状态。熔池移动前端温度分布较为密集,移动后端随着远离热源中心温度梯度逐渐舒缓,界面生长速度逐渐减小。熔池大小、深度及熔池内最高温度随着激光功率的增大而增长。随着扫描速度的增大熔覆涂层高度降低明显。送粉率越大熔覆层越厚,熔池体积越大,深度也越深。但激光功率大小对熔覆层和基体的穿透效果不明显,稀释率基本保持在基体/熔覆层界面以下30-50μm处。（3）熔池表面流体流动速度较大,整体上呈环流,转流状态在0.007s后呈现前端紧密后端松散的状态。熔池内部的流体流动分布受进入流体内的第五主族活性元素的影响,过多的活性元素会使温度表面张力系数为正时,熔池表面流体由熔池边缘向温度最高处的中心处汇聚,在温度最高处产生自上而下的流动循环。相反,温度张力系数为负,熔池表面流体则由温度最高的中心处向熔池四周发散,在温度最高处产生自下而上的流动循环。受超高速激光熔覆快热急冷的特点影响,熔池深度较浅,阻滞了部分马兰戈尼效应产生的流体回流。
梁融[9]（2019）在《基于热流固耦合的激光焊接数值模拟方法研究》文中认为激光焊接以其焊接变形小,能量集中和热影响区域小等优点在船舶建造过程中得到了越来越广泛的应用。目前对焊接过程的数值计算主要分两类:一类是以计算流体力学（CFD,Computational Fluid Dynamics）为基础计算焊接熔池的流动行为;另一类是以有热-弹-塑性有限元法（FEM,Finite Element Method）为基础计算焊接的应力变形。然而在激光焊接过程中,熔池内流动剧烈且极易形成焊接“小孔”,影响接头的温度和应力分布以及焊缝的形状,从而降低焊接接头的力学性能。因此,为了能够综合考虑熔池及“小孔”效应对焊缝成形及应力变形的影响,本文开发了能够综合考虑熔池流动行为及进行应力变形的焊接热流固耦合数值模拟方法,为提高焊接力学行为的计算精度提供支持。同时,将热流固耦合数值模型与机器学习算法相结合,建立了能够实时计算焊缝背面形貌的预测模型,提高了原有预测模型的精度,扩大了计算机辅助工程在实际生产制造中的应用。具体的研究内容如下:（1）首先基于CFD和FEM开发了焊接热流固耦合数值模拟方法,建立了耦合计算流程,实现了考虑熔池流动行为的焊接热流固耦合数值分析。对比分析了考虑流动和不考虑流动情况下,激光焊接应力变形的差异,并与实验结果对比验证了焊接热流固耦合数值模拟方法的正确性。然后针对异种金属激光焊接的特点,应用开发的热流固耦合方法中的焊接热流多场耦合,综合考虑了金属蒸汽的反冲压力、表面张力、传热、流动、浮升力等因素的耦合情况,实现了Niobium和Ti-6Al-4V对接激光焊熔池的温度场、流场、小孔演变及焊缝成形的计算及分析。结果表明,由于材料的热物理性质的差异导致焊接“小孔”主要发生在Ti-6Al-4V一侧。脉冲频率对焊缝成形有较大影响,为了达到均匀熔透的焊缝,存在最佳的脉冲频率。异种金属成分的混合主要发生在熔池上部,焊缝形貌及成分分布与实验吻合,验证了计算的正确性。（2）由于一般的焊接热流计算模型,需要分别对焊件及焊件上方的气体进行建模分别设定固体域和气体域,而对于焊后焊缝变形较大的情况下,很难动态获得焊接热流计算过程中的固体域,这就给后续应力变形计算带来了困难。为了克服这一问题,本文在开发的焊接热流固耦合数值模拟方法中,进一步引入了动网格技术,解决了在焊缝表面有较大变形情况下的焊接热流固耦合应力变形分析的问题。实现了综合考虑熔池流动、传热、小孔等因素,并在焊缝表面变形较大情况下的应力变形计算。研究了驼峰状焊缝对焊接应力及角变形的影响,结果表明在焊缝表面驼峰处,其应力出现激增现象,但其对于焊件角变形的影响较小。同时分析了在焊接线能量不变不同焊接速度下,驼峰对于焊接应力变形的影响规律。（3）为了满足工业生产中实时快速预测焊缝形状的需要,开发了基于机器学习的焊缝熔透实时预测模型。受实验设备的制约,能测得的熔池信息有限,本文将开发的焊接热流固耦合数值模拟方法应用到机器学习算法预测模型的建立中,用数值计算的特征量和实测数据一起,建立了焊缝背面熔宽的实时预测模型。结果表明,通过增加由数值计算模型得到的特征量,原有的预测模型精度得到提高。同时还比较分析了不同的机器学习算法建立的预测模型,并应用网格搜索算法在各个超参数的一定范围内,对各个算法建立的预测模型进行了优化,分析了各算法在焊接样本集上的表现,结果表明支持向量回归算法在文中的焊接数据下预测精度最高,并在测试集上验证了其泛化能力。
鞠恒[10]（2019）在《激光填粉焊接生成Fe-Mn-Si记忆合金焊缝的力学行为研究》文中研究说明随着载运工具向轻量化、绿色化、高可靠性发展,新型激光填粉焊接技术广泛应用于连接载运工具机身及其零部件。本文以载运工具中常用的304不锈钢为焊接母材,通过激光填粉焊接工艺制备Fe-Mn-Si记忆合金焊缝,并对其力学行为进行了研究。揭示了Fe-Mn-Si记忆合金焊缝力学性能的改善机理,系统分析了焊缝的组织性能和力学性能,并进行了激光填粉焊接温度场和应力场的数值模拟。由激光填粉焊接单因素试验可知,随着激光线能量（激光功率/焊接速度）的增加,焊缝熔宽和Mn、Si亲氧性元素的烧损率增大。但当激光线能量过高时,粗大的焊缝晶粒将降低焊缝显微硬度和抗拉强度。同时过快的焊接速度会削弱焊接母材与粉末冶金结合强度,亦降低试样抗拉强度。通过正交试验,得到激光填粉焊接最优的工艺参数组合为激光功率2700 W、焊接速度160mm/min、离焦量+5 mm。该工艺条件下,焊缝成形质量好,焊缝区域与母材过渡平滑,无明显的余高,焊缝边缘到中心的组织依次为平面晶、胞状晶、树枝晶和等轴晶组织。根据有限制混料均匀设计方法,利用DPS数据处理系统进行Fe-Mn-Si记忆合金焊缝成分设计。得到Fe/Mn/Si/Cr/Ni混合粉末配比（x）与Fe-Mn-Si-Cr-Ni合金焊缝质量分数（y）之间的经验表达式为yMn=0.00958+0.273xMn,ySi=0.013+0.191xSi,yCr=0.163-0.177xsi,yNi=0.0881-0.0666xMn,yFe=1-yMn-ysi-yCr-yNi。利用该表达式,可激光填粉焊接制备Fe-Mn-Si-Cr-Ni形状记忆合金焊缝。为验证方程组准确性,生成了Fe15Mn5Si12Cr6Ni合金焊缝,在6%预应变下具有优良的形状记忆合金特性。其固溶后组织为γ奥氏体,经过预应变后组织中存在ε马氏体,形状记忆效应和恢复应变可达为39.5%和2.37%。通过Fe-Mn-Si记忆合金焊缝接头力学性能测试可知,沿焊缝方向中间区域的残余应力大于两侧区域,垂直焊缝方向残余应力峰值存在于焊缝较窄的区域内;随测量点与焊缝距离的增加,残余应力突降并逐渐趋近于零值。Fe-Mn-Si记忆合金焊缝接头的循环弯曲瞬断区形貌为密集撕裂棱,断裂时弯曲次数为249次,达到304不锈钢母材的90.9%,表明Fe-Mn-Si记忆合金焊缝接头具有良好的弯曲疲劳特性。Fe-Mn-Si记忆合金焊缝接头和304不锈钢焊缝接头相比,最大残余应力减小29.1%、弯曲疲劳强度提高83.1%。有限元仿真模拟表明,由于激光热源能量集中,故仅焊缝处温升较大,母材处温度变化较小。应力场中焊接残余应力主要集中在焊缝区域,呈现和试验结果一致的分布规律,即模拟节点的残余应力在焊缝中心处数值大,远离焊缝中心逐渐减小。应力诱发γ→ε马氏体相变宏观应变表达式分析可知,激光填粉焊接的残余应力εp会诱发Fe-Mn-Si记忆合金焊缝发生γ→ε马氏体相变并产生相变应变εγ→ε。该相变过程时,将沿着应力诱发马氏体所做的最大功（ΔG）方向首先形成ε马氏体片,残余应力作为相变驱动力得到释放。通过焊接接头热弹塑性模型和残余应力表达式亦可发现,相变应变εγ→ε的变形协调作用可抵抗残余热收缩而松弛残余应力。Fe-Mn-Si记忆合金焊缝循环弯曲过程中,应力诱发γ（?）ε马氏体正逆相变适应外界应力变化是焊接接头疲劳强度提高的根本原因。
二、固体表面激光加工熔池特性的数值分析（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、固体表面激光加工熔池特性的数值分析（论文提纲范文）
（1）SLM动态热力耦合仿真与工艺参数优化技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| k符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 增材制造技术 |
| 1.1.2 选区激光熔化工艺 |
| 1.1.3 当前亟待解决的问题 |
| 1.2 选区激光熔化工艺研究进展 |
| 1.2.1 SLM成形热力作用研究 |
| 1.2.2 SLM工艺参数优化研究 |
| 1.2.3 智能算法在激光加工等工艺优化中的应用 |
| 1.3 本文所做的主要工作 |
| 1.4 研究意义与应用价值 |
| 第二章 工艺参数驱动的SLM成形动态热力耦合仿真 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 研究思路 |
| 2.2.1 SLM成形中的热力效应 |
| 2.2.2 SLM有限元仿真思路 |
| 2.2.3 SLM有限元仿真关键技术 |
| 2.3 动态热源循环传热模型 |
| 2.3.1 定义激光热源 |
| 2.3.2 构建循环传热模型 |
| 2.3.3 热力耦合过程分析 |
| 2.3.4 定义热边界条件 |
| 2.3.5 热弹性方程求解 |
| 2.4 SLM成形动态热力耦合仿真 |
| 2.4.1 主要求解步骤 |
| 2.4.2 构建仿真模型 |
| 2.4.3 规划仿真流程 |
| 2.5 SLM热力耦合仿真结果分析 |
| 2.5.1 熔池形貌分析 |
| 2.5.2 温度场结果 |
| 2.5.3 应力场结果 |
| 2.6 实验验证 |
| 2.6.1 实验过程设计 |
| 2.6.2 实验结果及分析 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 基于动态热力耦合的SLM工艺参数匹配分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 SLM工艺参数匹配要求 |
| 3.3 循环热力耦合作用的多工艺参数匹配仿真 |
| 3.3.1 仿真模型设计 |
| 3.3.2 仿真结果及分析 |
| 3.4 SLM工艺参数匹配性实验验证 |
| 3.4.1 实验设计 |
| 3.4.2 实验过程 |
| 3.4.3 实验结果 |
| 3.5 SLM工艺参数匹配方法分析 |
| 3.5.1 仿真与实验对比 |
| 3.5.2 工艺匹配性分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 基于复合算法的SLM多工艺参数优化 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 复合算法构建 |
| 4.2.1 基本算法改进及应用 |
| 4.2.2 复合算法构建过程 |
| 4.2.3 复合算法工作流程 |
| 4.3 面向多工艺参数匹配优化的复合算法实现 |
| 4.3.1 BP算法实现 |
| 4.3.2 PSO算法实现 |
| 4.3.3 复合算法实现 |
| 4.4 SLM工艺参数优化及结果分析 |
| 4.4.1 学习样本构建及运行调试 |
| 4.4.2 基本工艺参数热力评估运行分析 |
| 4.4.3 主要工艺参数智能匹配优化运行分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 SLM成形的热力耦合机理及工艺参数影响规律 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 SLM成形热力耦合作用机理 |
| 5.2.1 循环温度场演变分析 |
| 5.2.2 累积热应力形成的过程 |
| 5.2.3 成形晶粒晶向分析 |
| 5.2.4 热力耦合作用机理 |
| 5.3 SLM主要工艺参数对热力影响规律 |
| 5.3.1 激光功率对热力作用的影响 |
| 5.3.2 扫描速度对热力作用的影响 |
| 5.3.3 扫描路径对热力作用的影响 |
| 5.3.4 激光搭接率对热力作用的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（2）激光增材制造H13工具钢热行为及微观结构研究（论文提纲范文）
| 学位论文数据集 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 激光增材制造技术概述 |
| 1.2.1 基于送粉的激光熔化沉积技术 |
| 1.2.2 基于铺粉的选区激光熔化技术 |
| 1.3 选区激光熔化关键参量 |
| 1.3.1 成形设备 |
| 1.3.2 粉末材料 |
| 1.3.3 成形工艺 |
| 1.4 选区激光熔化成形国内外研究现状 |
| 1.4.1 选区激光熔化过程温度场数值模拟研究现状 |
| 1.4.2 选区激光熔化成形工艺研究现状 |
| 1.4.3 选区激光熔化成形工具钢研究现状 |
| 1.5 课题来源、研究意义及研究内容 |
| 1.5.1 课题来源 |
| 1.5.2 研究意义与研究目标 |
| 1.5.3 研究内容 |
| 1.5.4 技术路线 |
| 第二章 选区激光熔化有限元模拟技术及试验研究方法 |
| 2.1 选区激光熔化过程热模拟分析理论基础 |
| 2.1.1 控制方程 |
| 2.1.2 初始条件及边界条件 |
| 2.1.3 激光热源模型 |
| 2.1.4 相变潜热问题 |
| 2.2 选区激光熔化过程热模拟分析关键技术 |
| 2.2.1 激光热源的动态加载 |
| 2.2.2 单元生死技术的运用 |
| 2.2.3 材料热物性参数的确定 |
| 2.2.4 材料粉末到实体状态的转变 |
| 2.2.5 相变潜热的处理 |
| 2.2.6 模拟分析思路 |
| 2.3 试验材料 |
| 2.4 试验方案设计 |
| 2.5 选区激光熔化设备及成形过程 |
| 2.6 试样表征分析方法及其设备 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 选区激光熔化过程熔池热行为数值模拟研究 |
| 3.1 有限元分析模型的建立 |
| 3.2 逐层成形过程的热演变规律 |
| 3.3 激光加工参数对温度分布的影响机制 |
| 3.3.1 温度分布特征 |
| 3.3.2 激光功率和扫描速度的影响 |
| 3.3.3 铺粉厚度的影响 |
| 3.3.4 扫描间距的影响 |
| 3.3.5 基板预热温度的影响 |
| 3.3.6 扫描策略的影响 |
| 3.4 激光加工参数对熔池演变行为的影响机制 |
| 3.4.1 激光功率和扫描速度的影响 |
| 3.4.2 铺粉厚度的影响 |
| 3.4.3 扫描间距的影响 |
| 3.4.4 基板预热温度的影响 |
| 3.4.5 扫描策略的影响 |
| 3.5 激光加工参数对热演变行为的影响机制 |
| 3.5.1 激光功率和扫描速度的影响 |
| 3.5.2 铺粉厚度的影响 |
| 3.5.3 扫描间距的影响 |
| 3.5.4 基板预热温度的影响 |
| 3.5.5 扫描策略的影响 |
| 3.6 数值模型准确性验证 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 选区激光熔化成形冶金缺陷、致密化及显微组织研究 |
| 4.1 典型冶金缺陷特征及其形成机理 |
| 4.2 激光加工参数对冶金缺陷行为的影响机制 |
| 4.3 激光加工参数对致密化行为的影响机制 |
| 4.4 熔池微观形貌及微观组织特征 |
| 4.4.1 熔池微观形貌特征 |
| 4.4.2 熔池内微观组织特征 |
| 4.4.3 激光能量密度对微观组织的影响机制 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 选区激光熔化成形重熔/预熔行为及冶金结合机制研究 |
| 5.1 激光加工参数对激光重熔/预熔行为的影响机制 |
| 5.1.1 激光重熔/预熔机理 |
| 5.1.2 激光功率和扫描速度的影响 |
| 5.1.3 铺粉厚度的影响 |
| 5.1.4 扫描间距的影响 |
| 5.1.5 基板预热温度的影响 |
| 5.1.6 扫描策略的影响 |
| 5.2 不同激光加工参数下冶金结合形成机理 |
| 5.2.1 激光功率和扫描速度的影响 |
| 5.2.2 铺粉厚度的影响 |
| 5.2.3 扫描间距的影响 |
| 5.2.4 基板预热温度的影响 |
| 5.3 激光能量密度对冶金结合行为的调控机制 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者攻读学位期间的研究成果和发表的学术论文目录 |
| 作者和导师简介 |
| 附件 |
（3）小电流脉冲GMA辅助大功率固体激光焊接过程数值分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 前言 |
| 1.1 选题意义 |
| 1.2 激光-电弧复合热源焊接的研究现状 |
| 1.2.1 激光-电弧复合热源焊接分类 |
| 1.2.2 激光深熔焊接热源模型及数值模拟 |
| 1.2.3 GMAW-P焊接热源模型及数值模拟 |
| 1.2.4 激光-GMAW复合焊接热源模型及数值模拟 |
| 1.3 本文的主要研究内容 |
| 第2章 小电流脉冲GMA辅助大功率固体激光焊接工艺实验 |
| 2.1 实验材料 |
| 2.2 焊接设备与方法 |
| 2.3 电信号采集与处理 |
| 2.4 电弧形态与熔池形态图像采集 |
| 2.4.1 脉冲电弧形态 |
| 2.4.2 熔池形态 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 小电流脉冲GMA辅助大功率固体激光焊数学建模 |
| 3.1 简化与假设 |
| 3.2 几何模型 |
| 3.3 控制方程组 |
| 3.4 初始条件及边界条件 |
| 3.4.1 初始条件 |
| 3.4.2 边界条件 |
| 3.5 脉冲GMA-激光复合热源数学建模 |
| 3.5.1 脉冲GMA电弧热源模型 |
| 3.5.2 激光热源模型 |
| 3.6 焊接熔池受力模型 |
| 3.7 熔滴过渡 |
| 3.8 物性参数 |
| 3.9 VOF追踪界面上源项转化与加载 |
| 3.10 数值计算流程 |
| 3.11 本章小结 |
| 第4章 未熔透状态下焊接过程温度场与流场分析 |
| 4.1 实验验证 |
| 4.2 小电流脉冲GMA对熔池的作用特点 |
| 4.3 熔池温度场演变 |
| 4.4 熔池流场演变 |
| 4.5 三维温度场与流场对比 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 小电流脉冲GMA辅助大功率固体激光熔透焊接过程数值分析 |
| 5.1 熔池三维温度场-流场 |
| 5.2 熔池上下表面温度场-流场 |
| 5.3 熔池纵截面温度场-流场 |
| 5.4 熔池横截面温度场-流场 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在校期间获奖情况 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（4）钛合金激光冲击熔注微细WCp改性层形成机理及其耐磨性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 钛合金摩擦磨损行为的研究现状 |
| 1.2.2 提高钛合金耐磨性能的研究现状 |
| 1.2.3 激光熔注技术与微细颗粒表面改性技术 |
| 1.3 激光冲击熔注微细颗粒技术简介 |
| 1.4 本文研究目的、内容及技术方案 |
| 1.4.1 研究目的 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 1.4.3 技术方案 |
| 1.5 本章小结 |
| 第二章 激光冲击熔注微细颗粒改性层形成过程的能量模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 激光冲击熔注微细颗粒的基本原理 |
| 2.3 激光冲击熔注微细颗粒能量模型的建立 |
| 2.3.1 基本能量关系及条件 |
| 2.3.2 微细颗粒注入熔池所需比能量 |
| 2.3.3 微细颗粒温升所需比能量 |
| 2.3.4 改性对象表面形成熔池所需比能量 |
| 2.3.5 微细颗粒注入过程所需总比能量 |
| 2.4 基于能量模型的WC颗粒粒径选择 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 钛合金激光冲击熔注微细WC_p工艺过程数值分析与实验研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 激光冲击熔注有限元模型的建立 |
| 3.2.1 模型简化假设 |
| 3.2.2 激光冲击熔注热源模型的建立 |
| 3.2.3 模型几何尺寸与材料热物性参数 |
| 3.2.4 边界条件及相变潜热 |
| 3.2.5 有限元模型及网格划分 |
| 3.2.6 模拟结果的实验验证 |
| 3.2.7 温度场结果分析 |
| 3.3 激光冲击熔注工艺参数的优化 |
| 3.3.1 含胶浆料及待改性试样制备 |
| 3.3.2 实验平台 |
| 3.3.3 熔池微观结构表征与评价 |
| 3.3.4 正交试验优化与结果分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 钛合金激光冲击熔注微细WC_p改性层显微组织与硬度 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 改性层的组成相 |
| 4.3 改性层的显微组织 |
| 4.3.1 改性层上部的组织 |
| 4.3.2 改性层中部组织 |
| 4.3.3 改性层下部的组织 |
| 4.4 改性层的硬度 |
| 4.4.1 表面硬度 |
| 4.4.2 横切面硬度 |
| 4.5 微细WC_p对改性层组织与硬度的影响机制的探讨 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 钛合金激光冲击熔注微细WC_p改性层的摩擦磨损行为 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验材料与方法 |
| 5.3 磨痕的摩擦系数 |
| 5.4 磨痕的三维形貌表征与比磨损率 |
| 5.5 磨痕表面的组成相 |
| 5.6 磨痕表面形貌 |
| 5.6.1 TC11 磨痕的表面形貌 |
| 5.6.2 改性层磨痕的表面形貌 |
| 5.7 磨痕横切面形貌 |
| 5.7.1 TC11 磨痕的横切面形貌 |
| 5.7.2 改性层磨痕的横切面形貌 |
| 5.8 改性层的耐磨强化机理的探讨 |
| 5.9 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 全文研究的创新点 |
| 6.3 后期研究工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间科研成果 |
（5）7A52铝合金VPPA-MIG复合焊接数值模拟及试验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景和意义 |
| 1.2 等离子-MIG复合焊接工艺研究 |
| 1.2.1 同轴式Plasma-MIG复合焊接工艺 |
| 1.2.2 旁轴式Plasma-MIG复合焊接工艺 |
| 1.3 复合热源焊接数值模拟研究进展 |
| 1.3.1 等离子弧焊接数值模拟研究 |
| 1.3.2 MIG焊接数值模拟研究 |
| 1.3.3 复合焊接数值模拟研究 |
| 1.4 焊接数值分析的相关软件 |
| 1.5 存在的不足 |
| 1.6 本文研究内容 |
| 第二章 焊接有限元模拟与试验方法 |
| 2.1 有限元分析方法 |
| 2.1.1 有限元分析理论 |
| 2.1.2 有限元求解方法 |
| 2.1.3 有限元分析的步骤 |
| 2.2 焊接温度场有限元分析 |
| 2.3 焊接应力场分析理论 |
| 2.3.1 屈服准则 |
| 2.3.2 流动准则 |
| 2.3.3 强化准则 |
| 2.4 SYSWELD软件及二次开发 |
| 2.4.1 SYSWELD软件介绍 |
| 2.4.2 SYSWELD软件二次开发 |
| 2.5 试验材料及设备 |
| 2.5.1 试验材料 |
| 2.5.2 焊接系统及检测分析系统 |
| 2.5.3 材料性能及组织分析 |
| 2.5.4 力学性能及残余应力检测 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 铝合金VPPA-MIG复合焊接热源模型 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 7A52铝合金的热物理性能 |
| 3.3 VPPA-MIG复合焊接热源特性 |
| 3.3.1 VPPA热源特性 |
| 3.3.2 MIG热源特性 |
| 3.3.3 VPPA-MIG复合热源特性 |
| 3.4 VPPA-MIG复合焊接热源模型的建立 |
| 3.4.1 VPPA焊接热源模型 |
| 3.4.2 MIG焊接热源模型 |
| 3.4.3 VPPA-MIG复合焊接热源模型 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 铝合金VPPA-MIG复合焊接温度场数值分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 温度场的有限元模型建立 |
| 4.2.1 控制方程 |
| 4.2.2 边界条件 |
| 4.2.3 几何模型及网格划分 |
| 4.3 温度场的计算结果 |
| 4.3.1 VPPA焊接温度场 |
| 4.3.2 MIG焊接温度场 |
| 4.3.3 VPPA-MIG复合焊接温度场 |
| 4.4 厚板铝合金VPPA-MIG复合焊接温度场特性 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 铝合金VPPA-MIG复合焊接应力场计算模型 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 7A52铝合金焊接接头软化行为 |
| 5.2.1 复合焊接接头力学性能分析 |
| 5.2.2 复合焊接接头微观组织分析 |
| 5.3 7A52铝合金的软化行为 |
| 5.4 7A52铝合金软化模型的建立 |
| 5.4.1 原始态7A52铝合金的高温力学性能 |
| 5.4.2 软化后7A52铝合金的高温力学性能 |
| 5.4.3 软化模型的建立 |
| 5.4.4 软化相的计算结果 |
| 5.5 焊接应力场有限元模型建立 |
| 5.5.1 热-弹-塑性有限元法 |
| 5.5.2 计算应力场的边界条件 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 铝合金VPPA-MIG复合焊接残余应力数值分析及测试 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 复合焊接残余应力计算结果 |
| 6.3 残余应力的测量及计算结果验证 |
| 6.3.1 X射线衍射法测量残余应力 |
| 6.3.2 复合焊接残余应力的验证 |
| 6.4 铝合金VPPA-MIG复合焊接应力场演变 |
| 6.4.1 纵向应力分布 |
| 6.4.2 横向应力分布 |
| 6.5 不同填充金属对残余应力的影响 |
| 6.6 不同工艺条件对残余应力的影响 |
| 6.7 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文及取得的研究成果 |
（6）激光表面微结构加工过程数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 表面微结构加工方法 |
| 1.3 激光表面微结构加工的研究意义 |
| 1.4 国内外研究现状与发展趋势 |
| 1.4.1 国外研究进展 |
| 1.4.2 国内研究进展 |
| 1.5 课题研究的目的、内容和意义 |
| 第二章 激光表面微加工过程理论研究 |
| 2.1 COMSOL传热模块 |
| 2.1.1 激光表面微结构加工温度变化过程 |
| 2.1.2 相变潜热 |
| 2.2 COMSOL流体力学模块 |
| 2.2.1 固液相处理方法 |
| 2.2.2 马兰戈尼对流 |
| 2.3 熔池自由变形 |
| 2.4 数值模型创建 |
| 2.4.1 模型假设 |
| 2.4.2 模型边界条件设定 |
| 2.4.3 模型建立 |
| 第三章 热毛细力对表面形貌的作用 |
| 3.1 热毛细力对表面形貌影响 |
| 3.1.1 考虑热毛细力和表面张力法向应力共同作用条件下的熔池变化 |
| 3.1.2 表面张力法向应力单独作用下的熔池变化 |
| 3.1.3 表面形貌曲线图 |
| 3.2 热毛细力的改变对表面形貌的影响 |
| 3.2.1 表面张力梯度的正负对表面形貌的影响 |
| 3.2.2 表面张力梯度绝对值大小的改变对表面形貌的影响 |
| 3.3 小结 |
| 第四章 表面张力法向应力的改变对表面形貌的作用 |
| 4.1 表面张力的有无对表面形貌影响 |
| 4.1.1 不考虑毛细力和表面张力法向应力条件下的熔池形貌变化 |
| 4.1.2 表面形貌曲线图 |
| 4.2 表面张力大小的改变对表面形貌的影响 |
| 4.2.1 表面张力梯度为负条件下的模拟结果 |
| 4.2.2 表面张力梯度为正条件下的模拟结果 |
| 4.3 小结 |
| 第五章 激光能量分布对材料表面形貌影响 |
| 5.1 激光能量分布模型建立 |
| 5.2 激光能量高斯分布与均匀分布条件下数值模拟 |
| 5.3 激光能量密度不同分布情况下模拟结果对比 |
| 5.4 总结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录 攻读硕士学位期间所发表的学术论文 |
（7）镍基合金激光熔覆传热传质数值模拟（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 变量注释表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 激光熔覆技术 |
| 1.3 激光熔覆数值模拟 |
| 1.4 激光熔覆工艺存在的问题 |
| 1.5 本文研究内容 |
| 1.6 本课题研究方法及结构安排 |
| 2 计算流体力学 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 流体分类 |
| 2.3 流体控制方程 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 实验系统及材料 |
| 3.1 激光熔覆实验系统 |
| 3.2 实验材料 |
| 3.3 激光熔覆实验设计及工艺参数 |
| 3.4 微观组织分析及合金元素分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 圆形光斑激光熔覆模拟数值模型 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 物理模型 |
| 4.3 几何模型及网格划分 |
| 4.4 基本假设 |
| 4.5 计算域控制方程 |
| 4.6 三维热源模型 |
| 4.7 边界条件 |
| 4.8 材料热物性计算 |
| 4.9 粉末材料凝固融化属性 |
| 4.10 本章小结 |
| 5 圆形光斑激光熔覆温度场及流场模拟结果及讨论 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 扫描速度对熔池温度场的影响 |
| 5.3 圆形光斑镍基合金激光熔覆熔池温度场及流场 |
| 5.4 凝固参数对熔覆层微观组织演变的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 矩形光斑激光熔覆过程中的有限元模拟 |
| 6.1 有限元简介 |
| 6.2 有限元模型前处理 |
| 6.3 基于矩形光斑的激光熔覆温度场模拟 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 总结和展望 |
| 7.1 本文总结 |
| 7.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（8）超高速激光熔覆铁基合金数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题的背景及意义 |
| 1.1.1 激光熔覆概述与超高速激光熔覆的提出 |
| 1.1.2 超高速激光熔覆国内外研究进展 |
| 1.2 数值模拟 |
| 1.2.1 激光熔覆同轴送粉粉末流模拟 |
| 1.2.2 激光熔覆温度场和熔池流场模拟 |
| 1.3 研究超高速激光熔覆数值模型的必要性 |
| 1.4 本课题研究的内容和方案 |
| 第2章 材料的物性参数计算与实验设备 |
| 2.1 材料热物性计算 |
| 2.1.1 材料成分 |
| 2.1.2 JMatPro软件介绍 |
| 2.1.3 材料热物性计算 |
| 2.2 验证实验及实验设备 |
| 2.2.1 超高速激光熔覆实验 |
| 2.2.2 高速红外摄像实验 |
| 第3章 环形同轴送粉原理与粉末流模拟 |
| 3.1 流体力学理论 |
| 3.1.1 流体性质 |
| 3.1.2 连续介质 |
| 3.1.3 流体流动的控制方程 |
| 3.1.4 气/固两相流控制方程 |
| 3.2 粉末流模型的建立 |
| 3.2.1 COMSOL Multiphysics |
| 3.2.2 求解器设置 |
| 3.2.3 几何模型 |
| 3.2.4 网格划分 |
| 3.2.5 气/固两相流模型假设 |
| 3.2.6 边界条件 |
| 3.3 连续相流动模拟结果分析 |
| 3.3.1 连续相流场 |
| 3.3.2 不同种类送粉气体对流场的影响 |
| 3.3.3 送粉气气流量对流场的影响 |
| 3.4 气/固两相流粉末流轨迹结果分析 |
| 3.4.1 粉末颗粒运动轨迹 |
| 3.4.2 粉末粒径对粉末颗粒运动的影响 |
| 3.4.3 送粉气流量对粉末颗粒运动的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 超高速激光熔覆瞬态温度场模拟 |
| 4.1 超高速激光熔覆涂层成型机理研究 |
| 4.2 瞬态温度场模型的建立 |
| 4.2.1 几何模型及网格划分 |
| 4.2.2 物理模型 |
| 4.2.3 基本假设 |
| 4.2.4 粉末颗粒的影响 |
| 4.2.5 激光能量密度模型 |
| 4.2.6 相变传热模型 |
| 4.2.7 边界条件 |
| 4.3 温度场模拟结果 |
| 4.3.1 温度场分布 |
| 4.3.2 激光功率对温度场及熔覆层形貌的影响 |
| 4.3.3 扫描速度对温度场及熔覆层形貌的影响 |
| 4.3.4 送粉率对温度场及熔覆层形貌的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 超高速激光熔覆熔池流场模拟 |
| 5.1 熔池流场理论基础 |
| 5.1.1 表面毛细现象 |
| 5.1.2 马兰戈尼效应 |
| 5.1.3 自然对流 |
| 5.1.4 熔池边界追踪 |
| 5.1.5 流体流动方程 |
| 5.1.6 层流和湍流 |
| 5.2 超高速激光熔覆熔池流场模型建立 |
| 5.2.1 物理模型 |
| 5.2.2 几何模型建立及网格剖分 |
| 5.2.3 基本假设 |
| 5.2.4 边界条件 |
| 5.3 模拟结果与分析 |
| 5.3.1 熔池内流场分布 |
| 5.3.2 表面张力温度系数对流体流动方向的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文 |
（9）基于热流固耦合的激光焊接数值模拟方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 激光焊接在船舶制造过程中的应用 |
| 1.3 激光焊接数值模拟的研究现状 |
| 1.3.1 基于CFD的激光焊接熔池流动动态行为研究 |
| 1.3.2 基于FEM的激光焊接结构应力变形的研究 |
| 1.3.3 基于热-流-固耦合模型的研究 |
| 1.4 焊接中数值计算与机器学习算法的应用现状 |
| 1.5 本文主要工作 |
| 第二章 焊接热流固耦合数值计算方法开发 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 焊接热流固耦合计算方法开发 |
| 2.2.1 焊接热流固数值计算理论基础 |
| 2.2.2 焊接热流固耦合计算流程 |
| 2.3 焊接热流固耦合计算算例 |
| 2.3.1 模型建立及求解 |
| 2.3.2 计算结果及分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于热流耦合的异种金属激光焊接焊缝成形研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 异种金属激光焊熔池内流型分析 |
| 3.2.1 模型建立及求解 |
| 3.2.2 湍流方程及边界条件 |
| 3.2.3 材料的物理性能参数 |
| 3.2.4 计算结果与分析 |
| 3.3 异种金属激光焊小孔及焊缝成形分析 |
| 3.3.1 模型建立及求解 |
| 3.3.2 边界条件 |
| 3.3.3 材料的物理性能参数 |
| 3.3.4 数值计算结果与分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 动网格技术在激光焊热流固耦合计算中的应用 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 动网格技术 |
| 4.2.1 动网格模型 |
| 4.2.2 网格运动的确定 |
| 4.2.3 熔池中小孔界面的运动 |
| 4.3 基于动网格的激光焊焊缝成形分析 |
| 4.3.1 模型建立及边界条件 |
| 4.3.2 材料的物理性能参数 |
| 4.3.3 数值计算结果与分析 |
| 4.4 基于动网格的激光焊接热流固耦合分析 |
| 4.4.1 模型建立及边界条件 |
| 4.4.2 材料物理性能参数 |
| 4.4.3 计算结果及分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 热流固方法在机器学习焊缝形状预测模型建立中的应用 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 焊缝背面熔宽预测模型的建立 |
| 5.2.1 基于焊接热流固耦合计算方法的焊缝形状预测模型 |
| 5.2.2 机器学习算法 |
| 5.2.3 焊缝形状实时测量实验 |
| 5.2.4 预测模型计算流程图 |
| 5.3 结果与分析 |
| 5.3.1 数值计算模型验证 |
| 5.3.2 数值计算结果对预测模型的影响 |
| 5.3.3 不同机器学习回归算法在焊接小样本集上的比较分析 |
| 5.4 结论 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间已发表或录用的论文 |
| 攻读博士期间参与的科研项目 |
（10）激光填粉焊接生成Fe-Mn-Si记忆合金焊缝的力学行为研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 激光填粉焊接技术 |
| 1.1.1 激光焊接原理及其特点 |
| 1.1.2 激光填粉焊接原理及其特点 |
| 1.2 激光填粉焊接的国内外研究现状 |
| 1.2.1 添加粉末的强化作用 |
| 1.2.2 激光填粉焊接的工艺参数和焊接接头的性能研究 |
| 1.2.3 激光填粉焊接的数值模拟 |
| 1.3 激光填粉焊接生成Fe-Mn-Si记忆合金焊缝的设计思想 |
| 1.3.1 激光填粉焊接的现存问题 |
| 1.3.2 Fe-Mn-Si记忆合金的应力自适应特性 |
| 1.3.3 Fe-Mn-Si记忆合金焊缝的力学性能改善思想 |
| 1.4 本文的研究意义及内容 |
| 2 Fe-Mn-Si记忆合金焊缝的制备及组织性能分析 |
| 2.1 试验材料 |
| 2.2 激光填粉焊接的工艺参数分析及优化 |
| 2.2.1 激光填粉焊接的工艺参数分析 |
| 2.2.2 激光填粉焊接的工艺参数优化 |
| 2.3 Fe-Mn-Si记忆合金焊缝成分的有限制混料均匀设计 |
| 2.3.1 混料设计方法 |
| 2.3.2 均匀设计方法 |
| 2.3.3 Fe-Mn-Si记忆合金焊缝的成分设计 |
| 2.4 Fe-Mn-Si记忆合金焊缝的组织性能 |
| 2.4.1 Fe-Mn-Si记忆合金焊缝的生成 |
| 2.4.2 Fe-Mn-Si记忆合金焊缝的宏观形貌 |
| 2.4.3 Fe-Mn-Si记忆合金焊缝的微观组织 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 Fe-Mn-Si记忆合金焊缝接头的力学性能分析 |
| 3.1 Fe-Mn-Si记忆合金焊缝接头的残余应力 |
| 3.2 Fe-Mn-Si记忆合金焊缝接头的弯曲疲劳强度 |
| 3.3 Fe-Mn-Si记忆合金焊缝接头的抗拉强度 |
| 3.4 Fe-Mn-Si记忆合金焊缝接头的显微硬度 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 Fe-Mn-Si记忆合金焊缝接头残余应力的数值模拟 |
| 4.1 激光填粉焊接数值模拟的控制方程组 |
| 4.1.1 激光填粉焊接温度场的控制方程组 |
| 4.1.2 激光填粉焊接应力场的控制方程组 |
| 4.2 激光填粉焊接的数值模拟过程 |
| 4.2.1 焊接模型 |
| 4.2.2 材料参数 |
| 4.2.3 网格划分 |
| 4.2.4 边界条件 |
| 4.2.5 热源模型 |
| 4.2.6 相变潜热 |
| 4.3 数值模拟的结果及分析 |
| 4.3.1 温度场模拟的结果及分析 |
| 4.3.2 应力场模拟的结果及分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 Fe-Mn-Si记忆合金焊缝力学性能的改善机理 |
| 5.1 Fe-Mn-Si记忆合金应力诱发γ→ε相变的形核长大机理 |
| 5.2 Fe-Mn-Si记忆合金焊缝残余应力的释放机理 |
| 5.2.1 焊接残余应力的产生机理 |
| 5.2.2 Fe-Mn-Si记忆合金焊缝的γ→ε相变晶体学 |
| 5.3 Fe-Mn-Si记忆合金焊缝疲劳强度提高机理 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读博士学位期间的科研成果 |
| 致谢 |
四、固体表面激光加工熔池特性的数值分析（论文参考文献）
- [1]SLM动态热力耦合仿真与工艺参数优化技术研究[D]. 边培莹. 西安电子科技大学, 2020(05)
- [2]激光增材制造H13工具钢热行为及微观结构研究[D]. 赵明皇. 北京化工大学, 2020(02)
- [3]小电流脉冲GMA辅助大功率固体激光焊接过程数值分析[D]. 姜自立. 山东大学, 2020(12)
- [4]钛合金激光冲击熔注微细WCp改性层形成机理及其耐磨性研究[D]. 许增. 江苏大学, 2020(02)
- [5]7A52铝合金VPPA-MIG复合焊接数值模拟及试验研究[D]. 孙振邦. 内蒙古工业大学, 2020
- [6]激光表面微结构加工过程数值模拟研究[D]. 杨晓寒. 江苏大学, 2020(02)
- [7]镍基合金激光熔覆传热传质数值模拟[D]. 蒋艺超. 中国矿业大学, 2020
- [8]超高速激光熔覆铁基合金数值模拟研究[D]. 贾云杰. 天津职业技术师范大学, 2020(07)
- [9]基于热流固耦合的激光焊接数值模拟方法研究[D]. 梁融. 上海交通大学, 2019(06)
- [10]激光填粉焊接生成Fe-Mn-Si记忆合金焊缝的力学行为研究[D]. 鞠恒. 大连海事大学, 2019(06)