鈦合金激光選區(qū)熔化技術(shù)有限元分析.pdf

1、鈦合金SLM成形過程中，由于激光能量的集中輸入易造成SLM溫度場的不均勻性與不穩(wěn)定性，導(dǎo)致粉末溫度產(chǎn)生非線性變化，繼而引起零件在成形過程中應(yīng)力過大，產(chǎn)生翹曲變形甚至開裂等缺陷?；赟LM溫度場對零件成形的影響，有必要從熱力學(xué)角度對鈦合金SLM過程進(jìn)行深入分析，從而揭示鈦合金SLM成形機(jī)理。本文采用有限元仿真與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，開展了鈦合金SLM成形機(jī)理研究。具體工作如下:
　　(1)綜合考慮熱傳導(dǎo)、熱對流的影響，材料熱物理性能參數(shù)

2、與溫度的非線性關(guān)系，及相變潛熱的影響，建立了鈦合金SLM溫度場有限元模型。利用參數(shù)化設(shè)計(jì)語言(APDL)實(shí)現(xiàn)了激光熱源的施加和循環(huán)調(diào)用，利用單元生死技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多層掃描的模擬。
　　(2)在鈦合金SLM溫度場研究中，分析了不同激光功率和掃描速度對溫度場分布、熔池尺寸、液相時間、冷卻速度和相鄰熔道搭接效果的影響。重點(diǎn)探討了不同掃描策略的單層及其多層掃描對溫度場的影響。溫度場分析為后期試驗(yàn)參數(shù)選擇提供理論指導(dǎo)。
　　(3)在鈦合金

3、SLM熱應(yīng)力場研究中，分析了SLM加工鈦合金產(chǎn)生翹曲變形的原因。通過溫度場分析得到的不同掃描策略下的溫度場結(jié)果，利用ANSYS熱結(jié)構(gòu)耦合的方法對SLM熱應(yīng)力進(jìn)行了模擬。結(jié)果直觀顯示了不同掃描策略SLM熱應(yīng)力的分布情況。
　　(4)將實(shí)驗(yàn)研究與有限元仿真相結(jié)合，采用了實(shí)驗(yàn)工藝與數(shù)值模擬一致的參數(shù)對仿真的結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。通過觀察鈦合金熔道特征和金相組織的演變，發(fā)現(xiàn)了微觀組織的變化與宏觀的溫度場之間有緊密的聯(lián)系。驗(yàn)證了有限元仿真的有效性