【摘要】：激光熔凝是一種材料表面強(qiáng)化技術(shù)。加工過(guò)程中工件表面有一定厚度的材料發(fā)生快速熔化和凝固,熔凝后形成的新組織的性能決定了激光熔凝加工的質(zhì)量。根據(jù)凝固的相關(guān)理論,溫度場(chǎng)是影響熔凝層新組織形成、殘余應(yīng)力和熱變形的關(guān)鍵因素;同時(shí),激光熔凝過(guò)程形成的熔池形狀也在一定程度上也代表著加工的質(zhì)量。數(shù)值模擬技術(shù)是獲取整體溫度場(chǎng)的有效手段,廣泛應(yīng)用在激光熔凝過(guò)程的模擬上。但激光與材料的交互作用非常復(fù)雜,影響激光吸收率的因素很多,如激光波長(zhǎng)、材料表面狀況、表面溫度等,加上實(shí)際過(guò)程中工藝參數(shù)的多變和處理材料的多樣化,導(dǎo)致了材料表面實(shí)際吸收的激光熱量作為數(shù)值模擬的邊界條件難以準(zhǔn)確獲知。本文采用傳熱反問(wèn)題方法基于實(shí)測(cè)溫度反演了該過(guò)程的熱流邊界條件,重構(gòu)了溫度場(chǎng),并得到了熔池形狀。針對(duì)激光熔凝過(guò)程熱邊界條件反演和溫度場(chǎng)重構(gòu)研究的現(xiàn)狀及存在的主要問(wèn)題,本文結(jié)合有限容積法(焓模型)和基于動(dòng)態(tài)矩陣控制(DMC)的反演算法研究了該過(guò)程的熱流邊界反演和溫度場(chǎng)重構(gòu)問(wèn)題。主要工作包括:(1)建立了激光熔凝傳熱過(guò)程的數(shù)學(xué)模型,采用焓方法對(duì)該過(guò)程的相變潛熱進(jìn)行了處理,并利用有限容積法數(shù)值求解了導(dǎo)熱微分方程,得到了溫度場(chǎng)分布;用有限元模擬軟件ANSYS的模擬結(jié)果對(duì)自編程序的適用性進(jìn)行了驗(yàn)證;討論了激光熱源形式和材料對(duì)激光的吸收率對(duì)溫度場(chǎng)和熔池形狀的影響。結(jié)果表明,熱源形式和激光吸收率對(duì)溫度場(chǎng)和熔池形狀有較大的影響。(2)在采用有限容積法和焓法求解正問(wèn)題的前提下,基于DMC反演算法建立了相變導(dǎo)熱過(guò)程的熱流邊界反演模型;針對(duì)非線性情況下的關(guān)系矩陣的變化,采用近似替代法更新了反演過(guò)程中的關(guān)系矩陣,避免了非線性傳熱反問(wèn)題的迭代計(jì)算;(3)對(duì)激光熔凝過(guò)程的熱流邊界條件反演進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了本文建立的反演模型的正確性和適用性;討論了未來(lái)時(shí)間步、正則化參數(shù)、溫度測(cè)量誤差、時(shí)變熱源、脈沖熱源和溫度測(cè)點(diǎn)位置對(duì)反演結(jié)果的影響。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,未來(lái)時(shí)間步的選取對(duì)反演結(jié)果影響不大;正則化參數(shù)的選取對(duì)反演結(jié)果影響較大,采用溫度殘差原理可以選擇合適的正則化參數(shù);溫度測(cè)量誤差對(duì)反演結(jié)果有較大的影響,測(cè)量誤差越大,反演結(jié)果越差,在一定的誤差范圍內(nèi)可以得到比較滿意的反演結(jié)果;本文建立的反演模型能夠有效反演恒定熱源、時(shí)變熱源和脈沖熱源,并在一定的溫度測(cè)量誤差條件下能夠得到比較滿意的反演結(jié)果;溫度測(cè)點(diǎn)位置對(duì)反演結(jié)果有較大影響,位置越靠近熱源,反演結(jié)果越好。通過(guò)對(duì)各個(gè)影響因素的討論,證明了本文所建反演模型的有效性。
【圖文】：

圖 2.1 激光熔凝示意圖Fig2.1 Diagram of laser melting圖 2.2 激光熔凝過(guò)程的二維軸對(duì)稱模型Fig2.2 2D axisymmetric model of laser melting process

圖 2.2 激光熔凝過(guò)程的二維軸對(duì)稱模型Fig2.2 2D axisymmetric model of laser melting process究對(duì)象為靜態(tài)激光熔凝模型，根據(jù)上述分析，對(duì)流效應(yīng)在本導(dǎo)熱模型在很多情況下是適用的，同時(shí)考慮變化的熱物性參影響�；谏鲜黾僭O(shè)和說(shuō)明，建立數(shù)學(xué)模型如下： 1c + ( , , )T T TT r T T Q r zr r r z z 為密度，，c 為比熱容， 為導(dǎo)熱系數(shù)， 為時(shí)間， Q ( r , z , 熱源。 104 4:( , ) ( )+f s fTq r t h T T T Tz 4244 0: ()+f s fTh T T T Tn
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG665

【參考文獻(xiàn)】

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1 張亞龍;徐新成;趙中華;欒懷超;楊向東;趙旺初;;激光熔凝對(duì)4Cr5MoSiV模具鋼組織及性能的影響[J];上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào);2013年04期

2 石友安;曾磊;錢(qián)煒祺;桂業(yè)偉;;測(cè)熱試驗(yàn)中瞬態(tài)熱流的反演研究[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2013年12期

3 邵元培;錢(qián)煒祺;周宇;楊馳;黃建棟;;變幾何域傳熱的表面熱流反演方法[J];計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào);2013年02期

4 高亞麗;接勐;王存山;張海波;;鎂合金激光熔凝層顯微組織分析[J];應(yīng)用激光;2013年01期

5 郭鵬偉;文喜星;周龍;唐林峰;王楠;;激光熔凝過(guò)程中三維溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬[J];材料導(dǎo)報(bào);2012年18期

6 錢(qián)煒祺;周宇;何開(kāi)鋒;袁軍婭;黃建棟;;非線性熱傳導(dǎo)逆問(wèn)題的表面熱流辨識(shí)方法[J];空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào);2012年02期

7 劉春閣;邱星武;;激光熔凝技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[J];有色金屬加工;2011年06期

8 伊鵬;劉衍聰;石永軍;姜浩;;鑄鐵表面激光熔凝行為及溫度場(chǎng)數(shù)值模擬[J];焊接學(xué)報(bào);2011年08期

9 樊湘芳;葉江;蔣文鳳;;激光熔凝對(duì)1Cr18Ni9Ti焊接接頭組織和性能的影響[J];材料熱處理學(xué)報(bào);2009年04期

10 張有為;李輝;姜培學(xué);KIMINOBU Hojo;MAYUMI Ochi;KOICHI Tanimoto;;采用共軛梯度法的管內(nèi)壁溫度導(dǎo)熱反問(wèn)題求解[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2009年07期

本文編號(hào)：2616688