激光表面強化數(shù)值仿真及應用.pdf

1、隨著計算機科學、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系。這些數(shù)值模擬計算結果可以用于優(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)之間的定量關系；得到了激光產生熔池的溫度場、熔池速度場及熔池的形狀。數(shù)值模擬結果為激光加工的實際應用提供理論依據(jù)。論文主要包括以下內容：
　　 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