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《沈阳工业大学》 2007年
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铝合金激光熔覆金属基复合材料及数值模拟

张宁  
【摘要】: 铝合金由于密度小、塑性好、耐腐蚀性能优异、易于加工成形等特点被广泛应用于各个领域。但由于其存在强度低、耐磨性差的缺陷,限制了其应用范围。激光熔覆技术可显著提高材料表面的综合性能,目前,在激光熔覆工艺的实施过程中主要通过试验和经验来确定激光加工工艺参数,铝合金激光熔覆过程温度场数值模拟,对激光辐照工艺参数的选择和优化具有重要的意义。 本文采用2kW连续波Nd:YAG激光加工系统,在6061铝合金表面激光熔覆SiC_p/Al金属基复合材料,运用有限元法,对激光熔覆过程的温度场进行了数值模拟和试验验证。在模拟计算过程中材料热物性随温度变化而改变,属于材料非线性问题;选用高斯函数分布的热源模型,通过APDL二次开发语言实现移动热源的加载和卸载;建立了激光熔覆瞬态温度分布数学模型,并划分了合适的网格,解决了熔覆热源移动的数学模拟问题。通过改变单元属性的方法,解决材料的熔化、凝固问题。分析了激光加工工艺参数对温度场的影响,系统地论述了激光熔覆过程的有限元分析理论,并结合数值计算的方法,对熔覆过程中产生的温度场进行了实时动态模拟研究,提出了基于ANSYS软件为平台的激光熔覆温度场的模拟分析方法。采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对6061铝合金表面SiC_p/Al激光熔覆层的组织、结构进行了分析检测,并针对具体的模拟结果进行了试验验证。 本文建立的三维激光熔覆温度场的动态模拟分析方法,为优化铝合金激光熔覆工艺参数,提供了理论依据和指导。研究表明:激光辐照工艺参数决定了试样表面峰值温度以及温度梯度的分布,激光熔覆过程中熔池中心温度与激光扫描速度、光斑半径成反比,与激光功率成正比。激光扫描速度对熔池内的温度梯度影响较小,而激光输出功率及光斑半径则对熔池内温度梯度影响较大。模拟结果与验证试验基本吻合,6061铝合金表面激光熔覆SiC_p/Al复合涂层的最佳工艺参数为:激光输出功率1200W,扫描速度5mm/s,激光辐照光斑半径1.25mm。
【学位授予单位】:沈阳工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TG174.4

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【引证文献】
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1 张尔康;耐热钢激光表面改性辐照过程温度场数值模拟[D];沈阳工业大学;2011年
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4 张俊;送粉式激光熔覆成形三维温度场数值模拟研究[D];太原科技大学;2012年
【参考文献】
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【共引文献】
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2 丁文斌;刘维;张姝妍;王东坡;邓彩艳;方总涛;;厚板多层多道焊接温度场的数值模拟与分析[A];'2009全国钢结构学术年会论文集[C];2009年
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10 张立文;裴继斌;王富岗;夏元良;;激光热处理过程的数值模拟[A];首届中国热处理活动周论文集[C];2002年
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3 王志坚;装备零件激光再制造成形零件几何特征及成形精度控制研究[D];华南理工大学;2011年
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2 蒋志凯;基于残余应力场分析的焊接钢结构疲劳强度预测理论研究[D];长沙理工大学;2010年
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5 张尔康;耐热钢激光表面改性辐照过程温度场数值模拟[D];沈阳工业大学;2011年
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9 郭朝博;脉冲TIG焊电弧及熔池的数值分析[D];兰州理工大学;2011年
10 闫俊波;残余应力对T型截面柱极限承载力影响的研究[D];兰州理工大学;2011年
【同被引文献】
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【二级引证文献】
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1 赵杰;铝基材制备耐磨涂层的影响因素及性能研究[D];华中科技大学;2011年
【二级参考文献】
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5 张晓健;二重大型铸锻件数值模拟国家工程实验室获批[N];中国冶金报;2007年
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7 上海交通大学 潘健生;材料热处理过程的数值模拟[N];科技日报;2002年
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5 胡国权;淮河试验时期的能量与水份循环研究[D];中国气象科学研究院;2001年
6 吴一红;管阵流体弹性不稳定性研究及流体诱发振动数值模拟[D];清华大学;1991年
7 陈黎明;电弧加热发动机的设计与研究[D];清华大学;2002年
8 肖金花;波纹管传热强化及其轴向承载能力研究[D];北京化工大学;2006年
9 周素云;激光等离子体中有着自生磁场的密度通道的分析研究[D];南昌大学;2007年
10 武文斌;金属板件等离子体弧柔性成形技术的基础研究[D];大连理工大学;2008年
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1 张宁;铝合金激光熔覆金属基复合材料及数值模拟[D];沈阳工业大学;2007年
2 韩荣娟;气体介质中电火花表面强化的有限元数值模拟[D];青岛科技大学;2009年
3 徐志伟;阜新市人防工程大体积混凝土理论研究与实践[D];辽宁工程技术大学;2005年
4 郭燕坤;熔喷非织造用衣架型模头的研究[D];东华大学;2005年
5 张丁涌;史深100区块地应力及整体压裂研究与应用[D];西南石油学院;2004年
6 田威;二甲醚发动机燃油喷射过程的数值模拟及其试验研究[D];华中科技大学;2005年
7 熊晓晖;竹复合材住宅计算机仿真模拟研究[D];江西理工大学;2007年
8 楼凤娟;激光熔覆的温度及应力分析和数值模拟[D];浙江工业大学;2009年
9 李春霞;冷弯成型力学理论模拟及实验研究[D];昆明理工大学;2005年
10 宋友红;公路下磷矿开采的有限元分析[D];中南大学;2005年
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