送粉式激光熔覆中瞬态温度场与几何形貌的三维数值模拟_刘昊

激光弯曲成形温度场与应力场的有限元模拟

激光弯曲成形温度场与应力场的有限元模拟
王野平;朱成明
【期刊名称】《机械工程与自动化》
【年(卷),期】2007(000)001
【摘要】建立了三维瞬态温度场的数学模型.使用有限元分析软件MSC.Marc对41Cr4钢工件激光弯曲成形过程的温度场进行了有限元数值模拟,并在温度场的基础上进一步分析了板材激光弯曲成形过程中的应力场.
【总页数】3页(P22-24)
【作者】王野平;朱成明
【作者单位】同济大学,现代制造技术研究所,上海,200092;同济大学,现代制造技术研究所,上海,200092
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9;TF124.3
【相关文献】
1.板坯连铸倒角结晶器温度场和应力场有限元模拟 [J], 王卫华;王文军;刘洋;陈霞;
2.7075铝合金搅拌摩擦焊接头温度场及残余应力场的有限元模拟 [J], 郭柱;朱浩;崔少朋;王彦红
3.微细铣削应力场和温度场的有限元模拟 [J], 孙雅洲;孟庆鑫;韩丽丽;刘海涛
4.圆柱体锻压件镦粗过程中温度场应力场的有限元模拟分析 [J], 赵彦莉
5.选区激光熔化Al−Mg−Sc−Zr合金温度场和应力场有限元模拟 [J], 马如龙;彭超群;蔡志勇;王日初;周朝辉;李晓庚;曹玄扬
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激光作用双层材料产生瞬态温度场的数值模拟

２ｃｏｌｆＳｉｃ，ｎｉｇＵｉｅｓｙｏｃｎｅｎｅｈｏｏｙ．ＳｈｏｏｃｅｅＮａｊｎｎｖｒｉＳｉｃｄＴｃｎｌｇ，Ｎａｊｎ１０４Ｃｎｔｆｅａｎｉｇ２０９，ＨＮ）
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｆｒｍｈｌｓｉａｅｔｃｎｕｔｏｑａｉｎ，Ｄｐｙｉａｄｌｆｔｅｉｔｒｃｉｎｏｔｅｃａｓｃｌｈａｏｄｃｉｎｅｕｔｏａ２ｈｓｃｌｍｏｅｈｎｅａｔｏｏ
Ｂｉｕｎ，ＺａｇＸｉｅ，Ｎｉａｗｕ，Ｌｈｎｌ，ＸｕＬｉｎ，ＬｉｗｅａｈｎｈＪｏｉＣａｇｉＸｉｊｕｕＬｉｉ
（．ｃＤｆＳｉｃ，ｈｎｃｕｉｅｓｙｏｃｅｃｎｅｈｏｏｙ，ｈｎｃｕ３０２Ｃ１ＳｈｏｏｃｅｅＣａｇｈｎＵｎｖｒｉＳｉｎｅａｄＴｃｎｌｇＣａｇｈｎ１０２，ＨＮ；ｎｔｆ
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激光深熔焊三维瞬态温度场的数值模拟

热流密度服从高斯分布，圆心处的热流密度ｑＯ０在（，，
）达到最大值；ｚ ② 轴上各处的热流密度峰值逐渐减
小。该热源模式的数学表达式为
在直角坐标系中能量守恒方程为
收稿日期：０８— ９—１２００７
加
效高度。
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，
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度大于熔池后部的温度梯度高温区域窄小但比较深
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这有利于最终形成焊点小熔深大热影响区窄的焊接
接头
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图 3 是不同截面熔池形状的瞬态变化
，
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照射到工件上以后熔池形状开始时接近为椭球形随
激光深熔焊 ¨ 。Ｊ
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激光深熔焊接涉及的热物理过程复杂，尤其是有关小孔生成和长大的物理机制的分析和描述还很不完善。单纯通过试验的方法进行研究成本太高，采用数值分而
析的方法获得一些理ｆ生的认识并结合试验验证不失为对该工艺进行研究的有效方案Ｊ。文中采用旋转高斯曲
式中：，为上表面的单位法向矢量；为激光传递给工ｌｇ件的热流密度，见式（）ｇ为对流和辐射散热；６；ｑ为蒸

激光辐照下多层圆柱体中三维瞬态温度场的解析解

激光辐照下多层圆柱体中三维瞬态温度场的解析解
尹益辉;王伟平;陈裕泽
【期刊名称】《爆炸与冲击》
【年(卷),期】2008(028)001
【摘要】考虑外表面的气流影响和层间温度与传热的协调关系,建立了激光辐照下,层合圆柱体中的三维瞬态热传导解析模型.利用特征值法和Bessel函数,导出了各层柱体中三维瞬态温度场的封闭解析解.以一维轴对称问题为例计算了柱体中的瞬态温度场,给出了柱体内部温度随时间的变化和柱体表面换热系数对温度场的影响规律.本文的理论解可进一步用于分析层合圆柱体中的三维瞬态热-力效应,并可作为相应问题的数值模拟中数值模型的修正依据.
【总页数】6页(P44-49)
【作者】尹益辉;王伟平;陈裕泽
【作者单位】中国工程物理研究院结构力学研究所,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院流体物理研究所,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院结构力学研究所,四川,绵阳,621900
【正文语种】中文
【中图分类】O389
【相关文献】
1.激光辐照下多层圆柱体中的三维瞬态温度场解析解 [J], 尹益辉;王伟平;陈裕泽
2.一类圆柱体三维温度场的解析解与仿真 [J], 刘孝锋
3.由外壁温度场求解多层二维圆柱体内壁的几何形状 [J], 唐一鸣
4.复杂边界条件下二维功能梯度结构温度场解析解 [J], 许杨健;白雪;刘硕
5.强激光辐照下生物组织二维瞬态温度场分布数值模拟 [J], 单宁;战仁军;夏烈祥因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

激光熔覆工艺参数对熔覆层质量的影响

激光熔覆工艺参数对熔覆层质量的影响杨宁;杨帆【摘要】激光表面热处理技术是上世纪70年代逐渐发展起来的一门新兴激光加工技术,尤其在激光熔覆等领域取得了很大进展.本文概述了激光熔覆技术,介绍了激光熔覆工艺参数对熔覆层质量的影响.【期刊名称】《热处理技术与装备》【年(卷),期】2010(031)004【总页数】3页(P17-19)【关键词】激光熔覆;工艺参数;熔覆层质量【作者】杨宁;杨帆【作者单位】河南教育学院,物理系,河南,郑州,450046;郑州大学物理工程学院,材料物理教育部重点实验室,河南,郑州,450052;中州大学,国资处,河南,郑州,450044【正文语种】中文【中图分类】TG156.99激光表面热处理技术是上世纪 70年代逐渐发展起来的一门新兴激光加工技术,尤其在激光熔覆、合金化、熔凝处理和焊接领域取得了很大进展。

激光熔覆技术发展已经近半个世纪,最早开始利用激光熔覆技术的是美国,AVCO公司对易磨损部件进行了首次试验并取得成功。

1981年英国 Ro11s Royce公司成功地在喷气发动机叶轮叶片上涂覆钴基合金显著提高了耐磨性,目前研究工作不只集中在组织性能方面,而且在生产中获得了广泛推广及应用。

激光熔覆是指以不同的添加方式把预涂材料放置在基体表面,常用的添加方式有同步送粉法和预涂粉末法,利用高能激光束辐照基体表面,熔覆粉末和基体形成一薄层,这一薄层迅速升温、气化和熔化并快速凝固成形,且基体对熔覆层稀释度极低,因此熔覆层与基体冶金结合良好,从而明显提高基体的硬度、耐磨性和抗氧化性等性能[1～2]。

激光熔覆是一个与物理、化学和材料科学等诸多方面都有关的冶金过程,对熔覆层质量影响的因素很多,包括熔覆材料、材料的供给方式、预涂厚度、激光功率、扫描速率、光斑尺寸等多种因素各自和相互间的影响。

除熔覆材料对熔覆层质量的影响外,工艺参数对熔覆层质量的影响也是很重要的一方面。

熔覆层质量分为宏观熔覆层质量和微观熔覆层质量两个方面。

基于响应面法的激光内送粉熔覆层顶点偏移量模型研究

基于响应面法的激光内送粉熔覆层顶点偏移量模型研究
程东霁;张津超
【期刊名称】《皖西学院学报》
【年(卷),期】2024(40)2
【摘要】以A304不锈钢作为基体,Fe313铁基粉末作为熔覆材料,以熔覆层熔道顶点偏移量作为评价目标,研究了激光功率、扫描速度、准直气压、基体倾斜角度以
及它们的交互作用对熔道顶点偏移量的影响。

研究结果表明:基体倾斜角度对熔道
顶点偏移量的影响最大,其次是激光功率。

熔道顶点偏移量随着基体倾斜角度的增
大先增大后减小,随着激光功率的增加而逐渐增大。

通过响应面法建立了激光功率、扫描速度、准直气压、基体倾斜角度与熔道顶点偏移量之间的数学模型。

准直气压和基体倾斜角度对熔道顶点偏移量的交互影响显著、激光功率和基体倾斜角度对熔道顶点偏移量的交互影响显著。

【总页数】7页(P115-120)
【作者】程东霁;张津超
【作者单位】集美大学诚毅学院智能制造与机械工程系;南通大学机械工程学院【正文语种】中文
【中图分类】TN249
【相关文献】
1.不同熔覆材料对送粉激光熔覆层组织、性能的影响
2.送粉激光熔覆Co、Ni基WC熔覆层的高温性能
3.送粉法激光熔覆工艺对不锈钢熔覆层微观组织结构与性
能的影响4.送粉式激光熔覆层横截面面积的分析模型5.激光熔覆送粉量对17-4PH 不锈钢基碳化钨熔覆层组织及性能的影响研究
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交变磁场对激光熔覆铁基复合涂层宏观形貌的影响及其微观组织演变

交变磁场对激光熔覆铁基复合涂层宏观形貌的影响及其微观组织演变刘洪喜;蔡川雄;蒋业华;张晓伟;王传琦【摘要】通过特殊设计的电路及作用线圈制作了交变磁场发生装置,并用其研究了不同磁场强度对激光熔覆铁基涂层宏观形貌和显微组织的影响.基于电磁学及金属凝固原理,揭示了激光熔覆涂层的固化过程和磁场诱发熔覆涂层柱状树枝晶向等轴晶转变的主要机制.实验结果表明:在交变磁场作用下,熔池金属液表面产生的趋肤效应和交变电磁力使凝固后熔覆层的表面形态呈波浪式,熔高和横截面积均随磁场电流的增加而减小,但熔宽变化不大.熔池内部产生的电磁力驱动熔体流动使树枝晶熔蚀和机械折断,游离的破碎枝晶成为新的形核核心,增加了形核率,从而促使熔覆层顶部组织由树枝晶向等轴晶转变.随着磁场电流的增加,等轴晶区扩大,但涂层底部的组织变化不明显.%A alternative magnetic field generator is prepared by special circuits and active coils and the effects of different magnetic field intensities on the macro morphologies and microstructures of Fe-based composite coatings are studied by laser cladding process. Based on the electromagnetic principle and liquid metal solidification theory, it describes the solidification process of laser cladding coatings and reveals the main mechanism that magnetic field induced columnar dendrites transform into equi-axed crystals. The results show that the skin effect of liquid metal molten pool surface and alternating electromagnetic force allow the solidified cladding layer surface morphology to the wave form. The height of cladding layer and cross-section area decrease with the increase of magnetic field current, but the cladding layer width changes alittle. The electromagnetic force in molten pool interior drives the dendrite ablation and mechanical break, and the free broken dendrites become a new nuclei to increase the nucleation rate, by which the top microstructure of cladding layer transforms from dendrite crys-tals to equiaxed crystals. Furthermore, the equiaxed crystal zone becomes wider with the increase ofrnmagnetic field current, but the bottom microstructure has a little change.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2012(020)011【总页数】9页(P2402-2410)【关键词】激光熔覆;交变磁场;复合涂层;宏观形貌;显微组织【作者】刘洪喜;蔡川雄;蒋业华;张晓伟;王传琦【作者单位】昆明理工大学材料科学与工程学院,云南昆明650093;昆明理工大学材料科学与工程学院,云南昆明650093;昆明理工大学材料科学与工程学院,云南昆明650093;昆明理工大学材料科学与工程学院,云南昆明650093;昆明理工大学材料科学与工程学院,云南昆明650093【正文语种】中文【中图分类】TG156.991 引言激光熔覆是利用高能密度激光束使熔覆材料与基体表层熔凝后形成具有冶金结合特征熔覆层的一种先进表面改性技术，其目的是改善基体的耐磨、耐蚀、耐热、耐疲劳和高温抗氧化性能，使廉价工程材料零件表面获得良好的综合性能，是一种经济实用的材料表面强化手段，现已在汽车、航天航空、模具、轧辊、石油、热能动力等行业中有着广泛的应用［1－3］。

激光熔覆熔池检测控制技术的研究进展

激光熔覆熔池检测控制技术的研究进展陈殿炳;邓琦林【摘要】Laser cladding is a new manufacturing technology booming in recent years. Many research have attempted to increase its level of automation and productivity by measuring the molten pool formed in the laser cladding with synchronous powder feeding. The research progress of the molten pool measurement and control technology in recent years is reviewed. Firstly ,various types of measuring equipment and installation methods are introduced. Then the influences of the processing parameters on the molten pool measurement signals and the relationships between the quality of cladding layers and molten pool measurement signals are presented. And then several closed loop control systems based on molten pool measurement technology are discussed. Finally ,based on the current molten pool measurement status,more useful information can still be further obtained to increase the degree of automation and improve productivity in laser cladding.%激光熔覆是近年来蓬勃发展的新型制造技术，很多研究试图从激光熔池的检测入手来提高激光熔覆工艺的自动化程度，进而提高生产效率。

瞬态热传导问题的无网格局部Petrov-Galerkin法

瞬态热传导问题的无网格局部Petrov-Galerkin法王虎奇;陈莘莘;王晓峰;刘光焰【摘要】基于加权余量法和采用移动最小二乘近似函数作为试函数,研究了无网格局部Petrov-Galerkin方法在瞬态热传导问题中的应用.阐述了该方法应用于瞬态热传导问题的过程和基本理论,并编制了相应的计算程序进行计算.算例表明该方法用来求解瞬态热传导问题是有效的.【期刊名称】《桂林理工大学学报》【年(卷),期】2007(027)002【总页数】4页(P294-297)【关键词】无网格法;局部Petrov-Galerkin法;移动最小二乘近似函数;瞬态热传导问题【作者】王虎奇;陈莘莘;王晓峰;刘光焰【作者单位】广西大学,土木建筑工程学院,南宁,530004;广西工学院,机械工程系,广西,柳州,545006;湖南工业大学,包装与印刷学院,湖南,株洲,412008;广西大学,土木建筑工程学院,南宁,530004;桂林工学院,土木工程系,广西,桂林,541004;桂林工学院,土木工程系,广西,桂林,541004【正文语种】中文【中图分类】O241.82;O414.10 引言计算力学的发展面临着许多难以处理的问题，如具有非常大变形的冲压成型问题、裂纹动态扩展问题和流固耦合等问题. 近年来兴起的无网格法由于只需节点而不需单元或网格信息，前处理特别简单，能够很方便地用于裂纹开裂、非线性大变形等问题的数值计算，具有许多传统的数值方法无法比拟的优点，从而受到了国际计算力学界的高度重视.无网格局部Petrov－Galerkin 法［1，2］是一种真正的无网格法，它不需划分任何单元或网格. 采用移动最小二乘近似函数作为试函数，移动最小二乘近似函数的权函数作为加权残值法的加权函数. 所有的积分都在中心为所考虑点的规则局部区域和局部边界上进行. 这种方法在处理非线性问题时比通常的有限元法、边界元法、无单元伽辽金法更灵活、更方便.瞬态热传导问题即瞬态温度场问题，是依赖于时间的. 本文用无网格局部Petrov－Galerkin 法对瞬态热传导问题的空间域进行离散，得到关于时间的一阶常微分方程组. 然后用直接积分法求解该微分方程组，从而得到结构在各瞬时的温度场. 最后通过算例说明无网格局部Petrov－Galerkin 法在瞬态热传导问题中的应用是完全可行的.在此基础上，可将无网格局部Petrov－Galerkin 法用于瞬态温度应力的计算.1 移动最小二乘法考虑点x 的邻域( 子域) Ωx，它位于全域Ω 内，为了近似函数u 在子域Ωx 的分布，在有限个随机分布的节点xi( i = 1，2，…，n) 上，函数u 的近似式uh( x) ，∀x ∈Ωx，可以定义为式中：pT( x) = ［p1( x) p2( x) … pm( x) ］是m次完备单项式的基，a( x) 是包含系数aj( x) ( j = 1，2，…，m) 的向量，这些系数是空间坐标x =［x y z］T 的函数.对于二维问题，其线性基( m =3) 和二次基( m = 6) 分别为线性基 pT( x) = ［1 x y］，二次基 pT( x) = ［1 x y x2 xy y2］.定义加权离散模为其中：wi( x) 是节点i 在x 的权函数;( i = 1，2，…，n) 是节点i 处的名义节点值，通常它不是未知试函数uh( x) 的节点值;n 是域Ωx 内wi( x) ＞0 的节点数.本文采用高斯型权函数［3］，即其中，= r/dmi，dmi 为权函数支撑域的半径;β 为常数.为了使近似解在所取误差标准下最好地逼近真实解，J( x) 应取极小值.令J( x) 取极小值，可得式中：矩阵A( x) 和B( x) 分别为B(x) =［w1(x)p(x1) w2(x)p(x2) …wn(x)p(xn)］.由式(4) 解出x 点的系数向量a( x) ，并代入式(1)得其中，形函数Φ( x) 为为了计算形函数的导数，可以将式(6) 改写为式中：rT( x) = pT( x) A－1( x) ，即由式(7) 可以得到形函数的导数为其中，r 的导数可由式(8) 得到2 瞬态热传导问题的无网格局部Petrov－Galerkin 法二维问题的热传导问题在求解域Ω 内的微分方程为［4］其边界条件为式中：ρ 是材料密度;c 是材料比热容;kx，ky 分别是材料沿x，y 方向的热传导系数;Q 是物体内部的源密度;nx，ny 是边界外法线的方向余弦;是Г1 边界上给定的温度;q 是Г2 边界上给定热流密度;h 为放热系数，Ta 为周围介质温度.求解瞬态热传导问题是求解在初始条件下，即T( x，0) = T0( x) 满足瞬态热传导方程及边界条件的场函数，T 是坐标和时间的函数.由子域ΩS 上的加权残值法，并利用罚因子把本质边界条件( Г1 边界) 加入残值方程，可得式中：w 是加权函数;ΩS 为子域;ГS1 是子域ΩS 的边界∂ΩS 上给定温度边界条件的部分.通常∂ΩS = ГS∪LS，ГS 是无网格局部边界位于整体边界上的部分，而LS 是没有给定边界条件的其他无网格局部边界部分.在方程(12) 中，罚因子α ≫1，是用于施加本质即温度边界条件的.因为移动最小二乘近似函数是用于近似试函数的，不能事先直接施加本质边界条件.实际计算中，α 可取为105kx ～107kx.对方程(12) 中的第1 个积分的第二项与第三项进行分部积分并利用散度定理后，可得式中：∂ΩS 是子域ΩS 的边界.应当注意到，方程(13) 对于任意形状和大小的子域都是成立的.于是，选择简单规则形状的子域，对二维问题通常选择圆作为子域，按照以上阐述，把子域边界∂ΩS 分为4 部分，局部边界位于整体边界上分别给定温度的边界ГS1、给定热流量的边界ГS2、给定对流换热条件的边界ГS3 和与整体边界不相交的边界LS，因此有∂ΩS = LS ∪ГS1 ∪ГS2 ∪ГS3.又考虑到Г2、Г3 上的边界条件，方程(13) 可变为如果子域ΩS 完全位于整体域Ω内，∂ΩS 与Г 不相交，此时LS = ∂ΩS，在ГS1、ГS2 和ГS3 上的积分项为零.下面采用Petrov－Galerkin 方法继续推导公式，在通常的Galerkin 加权残值法中，试函数和加权函数取自同一个函数空间，即权函数取与试函数相同的基函数. 但在Petrov－Galerkin 加权残值法中，试函数和加权函数取自不同的函数空间.为了简化方程(14) ，选择加权函数w 在LS 上的积分为零，而移动最小二乘近似函数中的权函数具有这种性质.因为在权函数的支持域半径rn 上，权函数为零.因此，只要选择局部域ΩS 的半径r0 与权函数的支持域半径rn 相等，就能满足上述要求. 利用这个性质，于是方程(14) 变为利用上面的方程，求解整体域Ω 及其边界Г 上的瞬态热传导问题变成了求解规则的局部域，即半径为r0 的圆域ΩS 中及其边界上的积分方程.当然局部域的半径将影响求解结果.对于温度T，移动最小二乘近似函数为其中，插值函数φn( x) 只是空间域的函数，现将式(16) 代入方程(15) 后，最后可得其中，对一阶常微分方程组(17) 的求解采用直接积分法的两点循环公式［4］其中，利用式(18) ，从t = 0 出发，可以依次递推求得节点温度列阵T( t) 的各个瞬时值T1，T2，…，TM. 计算中，本文取θ = 2/3.3 算例考虑图1 所示边长为100 的矩形板的传热问题，其左边界AB 给定温度T =0，下边界BC 有q=1 000 的热流，无内热源，其余边界绝热. 取材料参数kx =ky =1 000，ρc=1.0，初始温度T0 =0.用局部Petrov－Galerkin 法计算时，布置441 ( 21×21) 个规则节点. 移动最小二乘近似函数采用二次基函数和高斯权函数，支撑域的半径dmi 取30，参数β 的值取4.0. 在边界ΓS 上采用6 点高斯积分，在局部域ΩS 上采用6 ×6 高斯点积分.计算结果见表1、表2. 从表中可以看出，局部Petrov－Galerkin 法的计算结果与文献［5］提供的后差分解吻合很好.图1 二维热传导问题模型Fig.1 Heat conduction model of two-dimension表1 MLPG 解和后差分解沿x=80 的比较Table 1 Comparison of the MLPG solution and the back difference solution along x=80位置( y)=2.0 MLPG 解后差分解 MLPG t =1.5 t解后差分解0 10 20 30 40 50 42.25 33.02 25.28 18.96 13.93 10.04 42.23 32.99 25.24 18.91 13.86 9.96 47.58 38.28 30.33 23.69 18.26 13.94 47.56 38.25 30.30 23.65 18.20 13.86表2 MLPG 解和后差分解在C 点的比较Table 2 Comparison of the MLPG solution and the back difference solution at point C时间t MLPG 解后差分解时间t MLPG 解后差分解0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 15.98 22.59 27.64 31.84 35.46 15.89 22.49 27.55 31.76 35.41 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 38.64 41.46 43.99 46.27 48.34 38.60 41.43 43.96 46.25 48.324 结论无网格局部Petrov－Galerkin 法是一种有效的无网格法，这种方法不需要任何单元和网格，所有积分都是在规则形状的子域及其边界上进行，因而是真正的无网格方法. 本文对无网格局部Petrov－Galerkin 法在瞬态热传导问题中的应用进行了研究，推导了用无网格局部Petrov－Galerkin法求解瞬态热传导问题的公式，并编制了计算程序. 计算表明，该方法可以进行瞬态热传导问题的计算. 通过进一步的推导，可将无网格局部Petrov－Galerkin 法应用于瞬态温度应力的计算.因此，对无网格局部Petrov－Galerkin 法应更加广泛和深入的研究与应用.【相关文献】［1］Atluri S N，Zhu T L. A new meshless local Petrov-Galerkin( MLPG) approach in computational mechanics ［J］. Computational Mechanics，1998，22 (2) ： 117－127. ［2］龙述尧. 弹性力学问题的局部Petrov-Galerkin 方法［J］.力学学报，2001，33 (4) ： 508－518.［3］张雄，胡炜，潘小飞，等. 加权最小二乘无网格法［J］.力学学报，2003，35 (4) ： 425－431.［4］王勖成，邵敏. 有限单元法基本原理与数值方法［M］.北京：清华大学出版社，1988. ［5］刘岩，杨海天. 基于时域精细算法的EFG/FE-EFG 方法求解热传导问题［J］. 应用基础与工程科学学报，2002，10 (3) ： 307－317.。

激光反应熔覆碳化物陶瓷涂层温度场的有限元模拟

激光反应熔覆碳化物陶瓷涂层温度场的有限元模拟
李健;尹莉;李文戈;吴钱林
【期刊名称】《机械工程材料》
【年(卷),期】2012(036)006
【摘要】利用ANSYS软件建立预置式粉层激光反应熔覆的数值模拟模型，考虑了相变潜热、辐射对流散热、表面效应单元等因素的影响；在不同的工艺参数下，用该模型对激光反应熔覆碳化物陶瓷涂层温度场进行了计算，分析了整个激光加工过程中温度场的变化情况。

结果表明：激光功率和扫描速度对基体熔化厚度以及熔覆层宽度的影响都比较显著；激光功率是造成熔覆层较大温度梯度的主要因素；有限元模拟得到的最佳工艺参数得到了试验验证。

【总页数】5页(P86-89,96)
【作者】李健;尹莉;李文戈;吴钱林
【作者单位】上海海事大学物流工程学院,上海201306;上海海事大学物流工程学院,上海201306;上海海事大学材料科学与工程研究院,上海201306;上海海事大学材料科学与工程研究院,上海201306
【正文语种】中文
【中图分类】TG156.99
【相关文献】
1.激光熔覆生物陶瓷涂层温度场模拟 [J], 张冬明;鲍雨梅;高海明;许景顺
2.钛合金表面激光熔覆TiC/NiCrBSi涂层温度场有限元模拟 [J], 雷贻文;孙荣禄;唐
英
3.激光熔覆生物陶瓷涂层温度场的数值模拟 [J], 邓迟;张亚平;高家诚;王远亮;王勇;戴彩云
4.激光熔覆生物陶瓷涂层化学冶金反应研究 [J], 邓迟;黄永一;张亚平
5.3D激光熔覆陶瓷-金属复合涂层温度场的有限元仿真与计算 [J], 应丽霞;王黎钦;陈观慈;古乐;郑德治;李文忠
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激光熔覆中同轴粉末流温度场的数值模拟_杨洗陈

第29卷第11期光学学报V ol.29,No.112009年11月ACTA OPTICA SINICANovember,2009文章编号:0253-2239(2009)11-3114-07激光熔覆中同轴粉末流温度场的数值模拟杨洗陈栗丽张烨(天津工业大学激光技术研究所,天津300160)摘要在激光同轴送粉熔覆中,由于激光与粉末流相互作用,粉末流整体温度分布直接影响激光熔覆的质量。

基于非预混燃烧模型,将激光相处理为连续性介质,粉末颗粒相看作离散相物质,建立了激光作用下粉末流的质量、动量和能量方程。

用Fluent 软件进行了不同激光功率和粉末流速度条件下粉末流整体温度场数值模拟,讨论了各种参数对温度场分布的影响。

为了验证该模型的准确度,利用CCD 比色测温方法测量了粉末流整体温度场分布。

结果表明,数值模拟与CCD 检测结果具有良好的一致性,数值模拟结果对激光熔覆具有指导意义。

关键词激光熔覆;粉末流;温度场;数值模拟;Fluent 软件;CCD 相机;温度测量中图分类号 T N 249 文献标识码 A doi :10.3788/AOS 20092911.3114Nume rical Simulation of Temperature Fie ld of Coaxial Powder Flowin Lase r CladdingYang Xichen Li Li Zhang Ye(La ser Pr ocessing Cent er ,T ian jin P olytechnic Un iver sit y ,T ia n jin 300160,Chin a )Abstract I n la ser coaxia l cladding,laser casing qualities are directly affected by temperature field of powder flow for the interaction between laser and powers.According to the model of non -premixed c om bustion,regarding laser beam as c ontinuity medium pha se and powder a s disperse medium phase,the conservation equations of mass,m oment um and energy are established in laser and powder puter simulations of tem perature field in different para meters are finished using Fluent software.Some effects of laser c ladding parameters on temperat ure distribution such as laser power and powder flow velocity are discussed.Temperature field distribution in the powder flow is measured by CCD c amera.It is shown that simulation and experimental results agree well,numeric al simulation of temperature field in powder flow is important for laser cladding.Key wo rds la ser cladding;powder flow;temperature field;num eric al simulation;Fluent software;CCD camera;m ea surments temperature收稿日期:2009-07-20;收到修改稿日期:2009-09-28基金项目:国家自然科学基金(60478004)和天津市科技支撑计划重点项目(08ZCKF GX02300)资助课题。

激光熔覆载气式同轴送粉三维气流流场的数值模拟

收稿日期 : 2009203223 ; 收到修改稿日期 : 2009204203 基金项目 : 科技部国际合作项目 (J G2J D22008001) ,浙江省自然科学基金 ( Y107489) 和浙江工业大学教改项目资助课题。作者简介 : 董辰辉 (1983 —) ,男 ,硕士研究生 ,主要从事激光熔覆中送粉过程的数值模拟方面的研究。
第 37 卷第 1 期 2010 年 1 月
中国激光
CHIN ES E J OURNAL O F LAS ERS
文章编号 : 025827025 (2010) 0120261205
Vol. 37 ,No . 1 J anuary , 2010
激光熔覆载气式同轴送粉三维气流流场的数值模拟
COMSOL Multip hysics 所提供的应用模型可
以通用于所有形式的不可压缩流体。
图 1 同轴送粉喷嘴的典型结构 Fig. 1 St ruct ure of coaxial powder feed head
3 数值计算模型
载气式同轴送粉过程中, 送粉的量较小 (5～25 g/ min) ,粉末的存在对气流流场的分布影响很小 ,所以假设粉末在气流的影响下其空间流场分布同气流是一样的 ,而主要目的就是对三维气流流场进行数值模拟。
Th ree Di me ns i o n al N u me rical Si m ul a t i on of Coa xi al P ow de r Feedi n g Flow wit h Ca r r yi ng Gas
Dong Che nhui1 ,2 Yao J ia nhua1 ,2 Hu Xiaodong1 ,2 Che n Zhijun1 ,2

激光熔覆WC-Ni基金属陶瓷涂层的几何形貌特征

Ｔｅｒｓｌｓｏｄｔａｅｏｅａｇｈｎｅｂｉｕｌ，ｈｅｍｅｒｐｅａｃｈａｔｒｔｆｃｒｔｃａｉｇｈｅｕｔｈｗｅｈｔｗｈｎｐｗｒｒｎｅｃａｇｄａｖｏｓｙｔｅｇｏｔｃａｐａｎｅｃａｃｅｉｉｏｅｍｅｏｔｉｒｒｓｃｎ０５ｓｅｌｍａｒｓｆｖｒｂｅｆｔｅｔｘｗａａｏａｌ，ｗｈｌｈｎｆｉｏａｔｇｍａｒａｅｅｔ，ａｄｔｅｄｆｃａｓａｅｎａａ４ｉｉｔｅｏｅｏｎｃｓｉｔｘｈｓｄｆｃｓｎｈｅｅｔｃｕｅｈｓｂｅｎ — ｅｒｎｉ
法应用于激光熔覆层高度的预测。关键词：激光熔覆；金属陶瓷涂层；几何形貌特征；多元线性回归分析中图分类号：Ｎ４；Ｇ５．９Ｔ２９ＴＩ６９文献标识码：Ａ
ＧｅｍｅｒｃＡｐｅｒｎｅＣｈｒｃｅｉｔｆｏｔｉｐａａｃａａｔｒｓｉｏｃＮｉｂｓｄＷＣＣｅｍｅａｉｇｂｓｒＦｓａｄｎ — ａｅｒｔＣｏｔｎｙＬａｅｕｅＣｌｄｉｇ
ｓｏｎｌｓｓｉｎａａｙｉ
激光熔覆技术是一种新型的材料加工与表面
激光熔覆层高度的预测，实际应用提供了参考。为１实验步骤及研究方法
本实验采用ＳＣ２３Ｌ一０× ０Ｄ型３ｋ连续矩形Ｗ
改性技术，在为零件提供耐磨层和耐腐蚀层，修正和矫正昂贵易磨损部分，理易变形部件及三维处

激光熔覆中同轴送粉气体一粉末流数值模拟

究了雷诺数为２０００时，同轴送粉喷嘴内的气粉两相流动，计算和分析了粉末流浓度的分布］，杨洗陈等建立了同轴送粉喷嘴金属粉末流的浓度场理论模型，开发了一套数字粒子图像测速系统，检测粉末流浓度场］。本文采用离散相模型建立了激光熔覆过程中气体一粉末流的二维数值模型，研究分析粉末流发散角和聚焦特性的变
激光熔覆中同轴送粉气体一粉末流数值模拟
董敢，刘继常，李媛媛
（湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室，长沙４１００８２）
摘
要：应用ＦＬＵＥＮＴ软件的离散相模块建立了激光熔覆中气体一粉末流的二维模型，研究了保护气和
化规律，并且进行了试验验证。
ｌ试验装置
激光熔覆试验装置由激光器、同轴送粉系统和检测系统构成，其中同轴送粉系统主要由送粉器、分粉器和喷嘴组成。气粉混合流由送粉器送出，经过分粉器均匀地分为４路，同速同量地进入喷嘴，然后粉末均匀分散成环形，再汇聚后与激光束同轴输出。在既定的工艺参数下，在相同位置粉末流的浓度分布、聚焦特性和发散角都是稳定不变的，所以采用快门速度可达０．２５ｍｓ、有效像素达１２３０万的尼康Ｄ５０００单反相机拍摄喷嘴下方的粉末流分布，得到的图片可以

激光熔覆WC-Ni基金属陶瓷涂层的几何形貌特征

激光熔覆WC-Ni基金属陶瓷涂层的几何形貌特征徐艳龙;洪蕾【摘要】通过送粉式激光熔覆系统将WC-Ni基金属陶瓷粉末熔覆到45钢和铸铁基体上,观察其熔覆层的几何形貌特征.结果表明:以45钢为基体的金属陶瓷涂层,在功率变化很大的范围内其几何形貌特征良好；而以铸铁为基体的金属陶瓷涂层其几何形貌特征有缺陷,并分析了造成缺陷的原因.同时,将多元线性回归分析方法应用于激光熔覆层高度的预测.【期刊名称】《中国重型装备》【年(卷),期】2012(000)001【总页数】4页(P35-38)【关键词】激光熔覆;金属陶瓷涂层;几何形貌特征;多元线性回归分析【作者】徐艳龙;洪蕾【作者单位】上海海事大学物流工程学院,上海201306;上海海事大学物流工程学院,上海201306【正文语种】中文【中图分类】TN249;TG156.99激光熔覆技术是一种新型的材料加工与表面改性技术，在为零件提供耐磨层和耐腐蚀层，修正和矫正昂贵易磨损部分，处理易变形部件及三维金属零件直接制造等方面得到广泛的应用。

它是以不同的添料方式在被涂覆基体表面上放置选择的涂层材料，经高能量密度(104～106 W/cm2)的激光束辐照后使之和基体表面一薄层同时融化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体材料成冶金结合的表面涂层［1］。

WC 因为具有高硬度、高熔点的特性，是比较常见的碳化物陶瓷涂层添加相，能提高激光熔覆层的硬度和耐磨性能，由于WC 与Ni 相互润湿，结合强度较好，Ni基WC 涂层硬度较高，因而能在耐磨要求较苛刻的场合得到满意的效果，成为目前激光熔覆的研究热点之一［2、3］。

本文利用激光熔覆的方法制备Ni 基WC 复合涂层，将WC-Ni 基金属陶瓷粉末熔覆到45 钢和铸铁基体上，观察并分析了造成激光熔覆层缺陷的原因，同时将多元线性回归分析方法应用于激光熔覆层高度的预测，为实际应用提供了参考。

1 实验步骤及研究方法本实验采用SLC-20×30 D 型3 kW 连续矩形波CO2激光器和送粉系统进行激光熔覆实验，图1 所示为激光熔覆技术的示意图。

金属激光增材制造过程数值模拟

金属激光增材制造过程数值模拟魏雷;林鑫;王猛;马良;黄卫东;侯运安【摘要】金属激光增材制造过程中,热应力导致零件发生形变;气孔与熔合不良等缺陷降低零件的拉伸以及疲劳性能;熔池内的凝固微观组织,尤其是柱状晶等轴晶转变(Columnar to Equiaxed Transition,CET)是影响零件性能的重要因素.针对上述3个方面,回顾了金属激光增材制造数值模拟的发展历史,对其研究现状和存在问题进行了评述,阐述了金属激光增材制造过程中所采用的数值模型和数值方法,包括热应力分析的有限元(Finite Element Method,FEM)方法、模拟熔池金属液流动的计算流体力学方法(Computational Fluid Dynamics,CFD),以及凝固微观组织模拟的相场法(Phase Field,PF)和元胞自动机方法(Cellular Automaton,CA).在此基础上对金属激光增材制造过程数值模拟的前景及趋势进行了展望.%During the laser additive manufacturing of metal components,the thermal/mechanical cycles cause the deformation of the part.The pore and unmelted metal powder reduce the tensile and fatigue properties.The solidification microstructure,especially the columnar to equiaxed transition (CET),determines the properties of final products.In view of the above three aspects,this study reviews the developments of the numerical simulating of laser additive manufacturing for metal components.The current researches and exist problems have been reviewed.And the numerical models used in the simulations have been discussed,including the finite element method (FEM) for thermal/mechanicalproblems,computational fluid dynamics (CFD) for the liquid metal flow in the molten pool and the numerical models (phase field (PF) and cellularautomaton (CA)) for the solidification of microstructure.On the basis of this,the prospect and trend of the numerical simulation of the laser additive manufacturing for metal components are discussed.【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2017(000)013【总页数】10页(P16-25)【关键词】增材制造;数值模拟;热应力耦合;凝固微观组织模拟【作者】魏雷;林鑫;王猛;马良;黄卫东;侯运安【作者单位】西北工业大学凝固技术国家重点实验室,西安710072;西北工业大学金属高性能增材制造与创新设计工业和信息化部重点实验室,西安710072;西北工业大学凝固技术国家重点实验室,西安710072;西北工业大学金属高性能增材制造与创新设计工业和信息化部重点实验室,西安710072;西北工业大学凝固技术国家重点实验室,西安710072;西北工业大学金属高性能增材制造与创新设计工业和信息化部重点实验室,西安710072;西北工业大学凝固技术国家重点实验室,西安710072;西北工业大学金属高性能增材制造与创新设计工业和信息化部重点实验室,西安710072;西北工业大学凝固技术国家重点实验室,西安710072;西北工业大学金属高性能增材制造与创新设计工业和信息化部重点实验室,西安710072;中国航发西安航空发动机有限公司计量中心,西安710021【正文语种】中文金属增材制造[1-2]作为一项高性能金属零件的自由实体成形增材制造技术，在航空、航天、能源、化工和机械等领域具有广阔的应用前景。

矿产

矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。

如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。

㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。

(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。

如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。

对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。

二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。

2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。

㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。

2、矿产品价格稳定性及变化趋势。

三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。

2、矿区矿产资源概况。

3、该设计与矿区总体开发的关系。

㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。

2、矿床开采技术条件及水文地质条件。