激光表面強化數(shù)值仿真及應(yīng)用.pdf

1、隨著計算機科學(xué)、數(shù)值計算方法的快速發(fā)展，能夠建立合適的數(shù)值模型，描述材料激光強化的物理過程。只要通過少量的實驗驗證理論模型及數(shù)值模擬計算的準確性，就可以利用計算機對大量的實際材料熱處理過程進行準確的數(shù)值模擬。這樣就實現(xiàn)了基于計算機數(shù)值模擬的虛擬材料激光表面強化過程。通過大量的計算機數(shù)值模擬計算，可以建立材料熱處理工藝參數(shù)與材料熱處理后性能的定量關(guān)系。這些數(shù)值模擬計算結(jié)果可以用于優(yōu)化熱處理工藝參數(shù)。
　　 基于多物理場耦合理論，采

2、用有限元方法，建立了金屬材料激光表面強化數(shù)值模型。數(shù)值模擬研究在激光作用下材料的溫度場和流場分布，分析相變硬化區(qū)的寬度及深度與激光參數(shù)之間的定量關(guān)系；得到了激光產(chǎn)生熔池的溫度場、熔池速度場及熔池的形狀。數(shù)值模擬結(jié)果為激光加工的實際應(yīng)用提供理論依據(jù)。論文主要包括以下內(nèi)容：
　　 建立了激光輻照45CrMo鋼的有限元分析模型，對激光相變硬化過程的溫度場和激光相變硬化區(qū)的寬度及深度進行了數(shù)值模擬，詳細討論了激光功率和掃描速度變化分別對

3、硬化層層深及層寬影響的敏感性。研究結(jié)果表明：激光功率變化對層深與層寬的影響明顯大于掃描速度變化所產(chǎn)生的影響。
　　 基于多物理場耦合理論，數(shù)值模擬研究了激光與金屬鋁相互作用的溫度場和流場，求解熱傳遞與層流耦合的PDE方程。數(shù)值模擬中選取符合實際光束分布的激光參數(shù)，考慮了自然對流、表面張力梯度引起的Marangoni對流和熱物理參數(shù)依賴于溫度的實際情況.針對(a)γ/(a)T＜0、(a)γ/(a)T＞0、(a)γ/(a)T=0三種