钛合金激光选区熔化技术有限元分析

发布时间：2023-05-31 04:35

　　钛合金SLM成形过程中,由于激光能量的集中输入易造成SLM温度场的不均匀性与不稳定性,导致粉末温度产生非线性变化,继而引起零件在成形过程中应力过大,产生翘曲变形甚至开裂等缺陷。基于SLM温度场对零件成形的影响,有必要从热力学角度对钛合金SLM过程进行深入分析,从而揭示钛合金SLM成形机理。本文采用有限元仿真与实验相结合的方法,开展了钛合金SLM成形机理研究。具体工作如下：(1)综合考虑热传导、热对流的影响,材料热物理性能参数与温度的非线性关系,及相变潜热的影响,建立了钛合金SLM温度场有限元模型。利用参数化设计语言(APDL)实现了激光热源的施加和循环调用,利用单元生死技术实现了多层扫描的模拟。(2)在钛合金SLM温度场研究中,分析了不同激光功率和扫描速度对温度场分布、熔池尺寸、液相时间、冷却速度和相邻熔道搭接效果的影响。重点探讨了不同扫描策略的单层及其多层扫描对温度场的影响。温度场分析为后期试验参数选择提供理论指导。(3)在钛合金SLM热应力场研究中,分析了SLM加工钛合金产生翘曲变形的原因。通过温度场分析得到的不同扫描策略下的温度场结果,利用ANSYS热结构耦合的方法对SLM热应力...

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
缩略词表
1 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 激光增材技术原理及分类
        1.2.1 激光选区烧结技术
        1.2.2 激光选区熔化技术
        1.2.3 激光近净成形技术
    1.3 SLM的发展及研究概况
        1.3.1 SLM技术研究状况
        1.3.2 国外SLM有限元研究现状
        1.3.3 国内SLM有限元研究现状
    1.4 课题来源及研究意义
        1.4.1 课题来源
        1.4.2 论文的研究内容和意义
2 钛合金SLM有限元建模理论与模型建立
    2.1 钛合金SLM过程的特点
    2.2 钛合金SLM有限元建模理论
        2.2.1 钛合金SLM温度场有限元分析理论
        2.2.2 钛合金SLM应力场有限元分析理论
    2.3 钛合金SLM有限元模拟建模方法
        2.3.1 移动热源处理以及多层堆积的实现
        2.3.2 材料非线性处理
        2.3.3 相变潜热的处理
    2.4 APDL程序算法的实现
    2.5 SLM有限元模型的建立
    2.6 本章小结
3 钛合金SLM温度场分析
    3.1 扫描速度对钛合金SLM温度场的影响
        3.1.1 温度场云图特征分析
        3.1.2 典型温度曲线分析
    3.2 激光功率对钛合金SLM温度场的影响
        3.2.1 温度场云图特征分析
        3.2.2 典型温度曲线分析
    3.3 扫描策略对钛合金SLM温度场的影响
        3.3.1 温度云图分析
        3.3.2 典型温度曲线分析
        3.3.3 温度场分析
    3.4 本章小结
4 多层扫描钛合金SLM温度场及热应力分析
    4.1 SLM热应力分析实现方法
        4.1.1 SLM成形翘曲变形理论
        4.1.2 热应力耦合分析
        4.1.3 热应力耦合有限元模型建立
    4.2 钛合金SLM热应力模拟结果及分析
        4.2.1 多层扫描钛合金SLM温度场分析
        4.2.2 多层扫描钛合金SLM热应力场分析
    4.3 本章小结
5 钛合金成形工艺试验验证
    5.1 试验条件及方法
        5.1.1 试验材料
        5.1.2 试验设备
        5.1.3 组织观察
    5.2 钛合金的显微组织与组织定向生长
        5.2.1 钛合金的组织与相变原理
        5.2.2 钛合金组织定向生长原理
    5.3 扫描速度对试件质量的影响
    5.4 激光功率对试件质量的影响
    5.5 扫描策略对试件质量的影响
    5.6 本章小结
6 总结与展望
    6.1 论文工作总结
    6.2 未来展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3825697