發(fā)布時間：2017-05-28 06:03

  本文關鍵詞：對流作用下石墨—銅功能梯度材料激光沉積溫度場數值模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本文以受電弓滑板用石墨-銅功能梯度復合材料為研究對象,應用ANSYS/FLOTRAN模塊分析石墨-銅功能梯度復合材料激光沉積過程中的溫度場和流場,研究了對流和材料梯度結構對溫度場的影響,建立了溫度場和流場數學模型,并成功實現了同模塊下溫度場和流場的兩相場耦合。根據熱分析理論和流體力學分析理論確定了激光沉積中的溫度和對流的邊界條件;熔池中對流的驅動力;通過在氣液自由界面施加張力溫度系數,成功模擬了Marangoni對流;根據統(tǒng)一方程理論,借助“固液同一法”實現了模擬中固液界面的連續(xù)性移動。得到如下結果:流體從熔池中心向四周流動,流速逐漸增大,在熔池邊緣處流速最大,并沿熔池邊緣向熔池底部流動,從熔池中心底部向上流動從而形成環(huán)流。溫度場分布呈橢圓形,中心溫度高,四周溫度低,且中心溫度梯度大于四周溫度梯度,熔池前方溫度梯度大于熔池后方溫度梯度。隨著沉積層數的增加,由底層到頂層石墨的含量逐漸增加,呈現梯度分布。在對流作用下,由底層到頂層的溫度場分布形狀不變,但是溫升極值逐漸增大,熔池體積增大,重熔率也增大。梯度復合材料相對于均質復合材料,石墨含量低的沉積層,重熔率較大;石墨含量高的沉積層,重熔率較小。激光功率增大,熔池增大,溫升極點增大,熔池內流速也增大;光斑半徑增大,熔池尺寸會減少,溫升極點減小,流速也減小;掃描速度增大,熔池會減小,溫升極點也減小,流速減小。
【關鍵詞】：激光沉積 功能梯度材料 溫度場 流場 模擬運算
【學位授予單位】：華東交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB34
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 緒論7-21
• 1.1 受電弓滑板及其發(fā)展7-9
• 1.1.1 受電弓滑板簡介7-8
• 1.1.2 受電弓滑板常用材料8-9
• 1.2 激光沉積成型技術9-13
• 1.2.1 原理及特點9-11
• 1.2.2 激光沉積質量11-12
• 1.2.3 數值模擬研究現狀12-13
• 1.3 功能梯度材料13-18
• 1.3.1 功能梯度材料概念13-14
• 1.3.2 功能梯度材料的制備方法14-16
• 1.3.3 銅基功能梯度復合材料16-17
• 1.3.4 石墨-銅的自潤滑性能17-18
• 1.4 ANSYS有限元分析軟件18-19
• 1.4.1 軟件的應用18-19
• 1.4.2 ANSYS的流場分析FLOTRAN/CFD19
• 1.5 本文研究的主要內容19-21
• 第二章 有限元模型的建立21-32
• 2.1 對流固液相變統(tǒng)一數學模型21-22
• 2.1.1 統(tǒng)一模型基本假設21
• 2.1.2 基本控制方程組21-22
• 2.2 熱分析理論22-24
• 2.2.1 基本熱傳遞方式22-23
• 2.2.2 熱分析邊界條件23-24
• 2.2.3 有限元的熱分析類型24
• 2.3 流體力學分析理論24-29
• 2.3.1 流體力學基本方程25-26
• 2.3.2 流體力學邊界條件26-27
• 2.3.3 流體流動的驅動力27-29
• 2.4 熱源模型29-30
• 2.4.1 熱源模型的選擇29-30
• 2.4.2 移動熱源的處理30
• 2.5 本章小結30-32
• 第三章 有限元求解32-41
• 3.1 有限元模型的建立32-35
• 3.2 材料的相關熱物流參數35-37
• 3.3 模擬計算中其他問題的處理37-39
• 3.3.1 模擬移動固液邊界的實現37-38
• 3.3.2 相變潛熱的處理38-39
• 3.4 流場的耦合39-40
• 3.5 本章小結40-41
• 第四章 流場和溫度場計算結果41-60
• 4.1 溫度場和流場結果分析41-47
• 4.2 沉積每層的結果47-50
• 4.3 工藝參數的影響50-56
• 4.3.1 激光功率的影響50-52
• 4.3.2 激光光斑半徑的影響52-54
• 4.3.3 激光掃描速度的影響54-56
• 4.4 功能梯度材料與均質復合材料的對比56-59
• 4.5 本章小結59-60
• 第五章 總結60-62
• 5.1 結論60
• 5.2 本課題今后需進一步研究的地方60-62
• 參考文獻62-66
• 個人簡歷 在讀期間發(fā)表的學術論文66-67
• 致謝67

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本文編號：402012