對流作用下石墨-銅功能梯度材料激光沉積溫度場數(shù)值模擬.pdf

1、本文以受電弓滑板用石墨-銅功能梯度復(fù)合材料為研究對象，應(yīng)用 ANSYS/FLOTRAN模塊分析石墨-銅功能梯度復(fù)合材料激光沉積過程中的溫度場和流場，研究了對流和材料梯度結(jié)構(gòu)對溫度場的影響，建立了溫度場和流場數(shù)學(xué)模型，并成功實現(xiàn)了同模塊下溫度場和流場的兩相場耦合。根據(jù)熱分析理論和流體力學(xué)分析理論確定了激光沉積中的溫度和對流的邊界條件；熔池中對流的驅(qū)動力；通過在氣液自由界面施加張力溫度系數(shù)，成功模擬了 Marangoni對流；根據(jù)統(tǒng)一方程理

2、論，借助“固液同一法”實現(xiàn)了模擬中固液界面的連續(xù)性移動。得到如下結(jié)果：
　　流體從熔池中心向四周流動，流速逐漸增大，在熔池邊緣處流速最大，并沿熔池邊緣向熔池底部流動，從熔池中心底部向上流動從而形成環(huán)流。溫度場分布呈橢圓形，中心溫度高，四周溫度低，且中心溫度梯度大于四周溫度梯度，熔池前方溫度梯度大于熔池后方溫度梯度。
　　隨著沉積層數(shù)的增加，由底層到頂層石墨的含量逐漸增加，呈現(xiàn)梯度分布。在對流作用下，由底層到頂層的溫度場分布形