学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

耐热钢激光表面改性辐照过程温度场数值模拟

作　者: 张尔康
导　师: 张春华；张松
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 材料学
关键词: 激光辐照 SCH13钢数值模拟温度场
分类号: TG174.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 62次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

激光的应用已经遍及到人们生活的各个领域,远远超出了人们原有的想象。人们难以用实验的方法直接测量激光辐照过程的温度场分布,在实践中仍主要依靠试验和经验来获得激光工艺参数。随着现代计算科学技术的发展,可借助先进的计算机技术,对影响激光辐照过程的工艺参数作出定量的分析。本文结合ANSYS有限元分析软件,对激光辐照过程的温度场进行有限元模拟,并在此基础上展开一系列研究。本文采用5kW的CO2激光加工系统,在SCH13钢表面熔覆CoNiCrAlY合金粉末,对SCH13钢激光辐照过程的温度场进行全面的分析,利用ANSYS有限元软件的APDL参数设计语言以实现移动热源模拟计算激光辐照温度场。借助温度场的模拟结果和验证性实验根据熔覆层与基材的结合状况,选择合理的激光工艺参数并讨论其对温度场的影响。采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对SCH13钢表面熔覆CoNiCrAlY合金层的组织、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。对激光辐照工艺参数的最佳优化有一定的借鉴意义。在激光辐照过程中,通过对不同激光输出功率和扫描速度、光斑半径的选定,可以优化工艺参数。并且表明熔池中心温度与激光功率成正比,熔池中心温度与激光扫描速度、光斑直径成反比。通过模拟得知,在激光辐照条件下,SCH13基材表面熔覆CoNiCrAlY合金粉末涂层的最佳工艺参数为：激光输出功率1200W,扫描速度10mm/s,激光直径2.5mm。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-19
  1.1 激光表面改性技术的特点  9-10
  1.2 激光表面改性技术的分类  10-12
    1.2.1 激光冲击硬化  10
    1.2.2 激光熔凝  10-11
    1.2.3 激光合金化与熔覆  11
    1.2.4 激光相变硬化  11-12
  1.3 激光表面改性技术的特点及研究现状  12-19
    1.3.1 激光冲击硬化  13-14
    1.3.2 激光熔凝  14
    1.3.3 激光合金化  14-16
    1.3.4 激光熔覆  16-17
    1.3.5 激光相变硬化  17-19
第二章耐热钢激光辐照温度场有限元分析  19-26
  2.1 耐热钢激光辐照温度场模拟的意义和简单历程  19-20
  2.2 激光辐照温度场数值模拟的研究现状  20
  2.3 数值模拟  20-23
  2.4 有限元分析软件在温度场分析中的应用和发展  23
  2.5 激光辐照温度场模拟存在的问题  23-24
  2.6 目前研究的焦点和方向  24-25
  2.7 本课题的研究目的及意义  25-26
第三章耐热钢激光辐照过程温度场模拟  26-55
  3.1 热量传递的基本理论  26-30
    3.1.1 热传导  26-27
    3.1.2 对流  27
    3.1.3 热辐射  27-28
    3.1.4 热传导微分方程  28
    3.1.5 激光作用下热量传递特点  28-29
    3.1.6 温度场的边值条件  29-30
  3.2 热源模型  30-31
    3.2.1 高斯热源  30-31
    3.2.2 双椭圆热源  31
  3.3 建立有限元模型  31-34
    3.3.1 单元类型的选取  32
    3.3.2 材料热物理参数的确定  32
    3.3.3 几何模型及网格划分  32-34
  3.4 施加载荷计算  34-36
  3.5 激光工艺参数对温度场的影响  36-49
    3.5.1 激光功率对温度场的影响  36-41
    3.5.2 扫描速度对温度场的影响  41-45
    3.5.3 光斑直径对温度场的影响  45-49
    3.5.4 激光工艺参数的确定  49
  3.6 验证性实验研究  49-50
    3.6.1 实验材料及方法  49-50
    3.6.2 检测方法  50
  3.7 实验结果与验证分析  50-55
    3.7.1 激光熔覆层组织结构分析  50-53
    3.7.2 激光熔覆层显微硬度分析  53-54
    3.7.3 模拟结果与试验验证分析  54-55
第四章结论  55-56
参考文献  56-58
在学研究成果  58-59
致谢  59

耐热钢激光表面改性辐照过程温度场数值模拟

内容摘要

全文目录

相似论文