多材料雙通道激光熔覆過程的計算機仿真.pdf

1、在激光快速成型過程中，激光熔覆技術(shù)是現(xiàn)代激光加工表面強化處理技術(shù)中最活躍的研究熱點，具有加熱速度和冷卻速度快的特點，是改善工件表面的耐蝕、耐磨、抗氧化以及強度等性能的一種有效手段。激光熔覆過程中，要保證送粉的均勻性、穩(wěn)定性、可控性以及熔池和其周圍熱影響區(qū)的組織和性能，因此研究激光熔覆技術(shù)工藝過程中噴嘴內(nèi)的流場變化規(guī)律以及基體在熔覆過程中的瞬態(tài)溫度場和應(yīng)力場對研究噴嘴的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計以及基體內(nèi)熔池的變化規(guī)律具有重要意義。
　　本文研究

2、了激光熔覆載氣式同軸送粉粉末顆粒的匯聚特性以及基體的溫度場與應(yīng)力場的分布情況。采用氣體-粉末兩相流理論以及雙通道流對載氣式同軸送粉噴嘴內(nèi)的流場進行了數(shù)值模擬，應(yīng)用FLUENT軟件中的離散相模型計算了粉末顆粒的運動軌跡。最后對激光熔覆過程通過多物理場耦合程序MPCCI平臺：FLUEN T采用標(biāo)準(zhǔn)k湍流模型對噴嘴內(nèi)的流動過程進行了分析；ABAQUS采用耦合溫度位移模型對基體的傳熱過程以及熱力耦合進行了流-固-熱數(shù)值模擬。根據(jù)噴嘴的結(jié)構(gòu)特點建

3、立了噴嘴的三維幾何模型，首先設(shè)置了不同大小的保護氣體速率以及不同大小的顆粒粉末流量，對其流場進行了有限元仿真分析，分別得到了不同狀態(tài)下流場內(nèi)粉末顆粒質(zhì)量濃度的分布情況，其次，針對流場高度為20mm時，對其進行了流-固-熱耦合計算，得到了激光熔覆過程中基體熔池內(nèi)的瞬態(tài)溫度場以及應(yīng)力場的分布情況。分析得到以下結(jié)果：粉末顆粒在距噴嘴距離15-20mm之間具有最佳匯聚特性；在其他工藝條件不變的情況下，隨著保護氣體的增大，粉末顆粒質(zhì)量流量逐漸減小