激光金属沉积成形过程中温度场的数值模拟

龙日升; 刘伟军; 尚晓峰

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激光金属沉积成形过程中温度场的数值模拟

龙日升 , 刘伟军 , 尚晓峰

文章导航 > 激光技术 > 2007 > 31(4): 394-396,430

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Citation:

激光金属沉积成形过程中温度场的数值模拟

1.
中国科学院, 沈阳自动化研究所, 沈阳, 110016;
2.
中国科学院, 研究生院, 北京, 100039;
3.
沈阳航空工业学院, 沈阳, 110004

作者简介: 龙日升(1979- ),男,博士研究生,主要研究激光快速成型、CAD/CAM、工业自动化过程控制等..

通讯作者: 刘伟军, wjliu@sia.cn ;

中图分类号: TG665;TF124

Numerical simulation of temperature field on laser metal deposition shaping

1.
Shenyang Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China;
2.
Graduate School, Chinese Academy of Scieces, Beijing 100039, China;
3.
Shenyang Institute of Aeronautical Engineering, Shenyang 110004, China

Corresponding author: LIU Wei-jun, wjliu@sia.cn ;

CLC number: TG665;TF124

摘要: 为了降低成形过程的热应力,根据有限元方法中的“单元生死”技术,利用APDL语言编程实现了对多道多层激光金属沉积成形过程三维温度场的数值模拟,再现了成形过程中温度场的动态变化,得到了成形过程中模型温度场及温度梯度的分布规律。结果表明,试样同一纵断面上各节点虽然被激活的时间不一样,但它们具有相似的温度变化规律;试样内的温度梯度主要沿z轴方向分布,基板内的温度梯度主要沿平行基板方向分布,具有明显的分层现象,熔池区的温度梯度非常大。在相同的工艺参数下,实际成形试样的扫描电镜照片与模拟结果吻合很好。
- 激光技术 /
- 激光金属沉积成形 /
- 瞬态温度场 /
- 数值模拟
Abstract: In order to decrease the thermal stress during process,based on the "element life and death" technique of finite element method(FEM),detailed numerical simulation of 3-D multi-track and multi-layer temperature field during laser metal deposition Shaping(LMDS) process was conducted with ANSYS parametric design language(APDL).Through those simulation,the dynamic variation of temperature in model reappeared,and the distribution rule of temperature and temperature gradient was obtained.The calculated results show that although the nodes on longitudinal section have different activated time,they have similar temperature variation history;the temperature gradients in sample are mainly along z direction,and the temperature gradients in substrate are mainly parallel to substrate.Under the same conditions,the SEM photos of samples tallies closely with the simulations results.

[1]	ZHANG J Y,GAO L X,CUI L L et al.Analysis of the temperature field induced by laser strengthening[J].Laser Technology,2006,30(1):56～59(in Chinese).
[2]	ZENG D W,XIE Ch Sh.A numerical simulation for three dimensional quasi state fluid flow field and temperature field in molten pool for composite coating system[J].Laser Technology,2000,24(6):370～374(in Chinese).
[3]	WANG X F,LÜ X D,CHEN G N et al.Simulation and verification of the temperature field in laser hardening[J].Laser Technology,2004,28(2):162～165(in Chinese).
[4]	YE X H,CHENG X.Simulation of the fluid flow and heat transfer in laser heating melt pool using a region-dividing method[J].Chinese Journal of Laseres,2002,16(3):264～267(in Chinese).
[5]	XI M Zh,YU G.Numerical simulation for the transient temperature field of 3-D moving laser molten pool[J].Chinese Journal of Lasers,2004,31(12):1527～1532(in Chinese).
[6]	XI M Zh,ZHANG Y Zh,SHI L K et al.Numerical simulation of 3-Dtransient temperature field in thin-wall metal parts fabricated by laser direct deposition[J].The Chinese Journal of Nonferrous Metals,2003,13(4):887～892(in Chinese).
[7]	YANG J.Research on mechanical behavior of laser rapid forming metal part[D].Xi'an:Northwestern Polytechnical University,2004.35～69(in Chinese).
[8]	ZHU X K,CHAO Y J.Numerical simulation of transient temperature and residual stresses in friction stir welding of 304L stainless steel[J].Journal of Materials Processing Technology,2004,146:263～272.
[9]	Chinese Iron-Steel Research Institute.Complex alloy steel manual:lower volume (first volume)[M].Beijing:Metallurgical Industry Press,1992.3～45(in Chinese).

[1]	何跃娟 , 朱日宏 , 沈中华 , 陆建 , 倪晓武 . 激光作用于圆管产生瞬态温度场的数值模拟. 激光技术, 2005, 29(4): 386-388,428.
[2]	左惟涵 , 陈赵江 , 方健文 , 刘世清 . 矩形激光脉冲辐照下半导体温度场理论研究. 激光技术, 2014, 38(4): 469-474. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.04.008
[3]	李隆 , 董武威 , 聂建萍 , 刘小建 , 史彭 , 许启明 . 脉冲半导体激光器端面抽运Nd:YAG晶体瞬态热分析. 激光技术, 2011, 35(1): 94-98. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.01.026
[4]	孙少妮 . 激光金属沉积成形基板预热的研究. 激光技术, 2008, 32(6): 608-610.
[5]	李贝贝 , 李小将 . 激光输能光电池温度场数值模拟. 激光技术, 2017, 41(4): 537-544. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.04.016
[6]	王霄 , 陈怡星 , 刘会霞 , 刘长京 , 丁国民 . 激光微造型中烧蚀热场及弹坑的数值模拟. 激光技术, 2007, 31(6): 565-567,580.
[7]	胡增荣 , 周建忠 , 郭华锋 , 杜建钧 . 应用ABAQUS模拟激光焊接温度场. 激光技术, 2007, 31(3): 326-329.
[8]	郭嘉伟 , 李彤 , 牛瑞华 , 薛亮平 , 李燕凌 , 王宏元 . Cr,Tm,Ho:YAG激光器温度特性的数值分析. 激光技术, 2011, 35(6): 761-764. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.010
[9]	李明海 , 柳爱国 , 宋耀祖 . 激光放大介质温度场和热应力场的数值模拟. 激光技术, 2002, 26(2): 86-89.
[10]	王秀凤 , 吕晓东 , 陈光南 , 胡世光 . 激光强化温度场的数值模拟与校验. 激光技术, 2004, 28(2): 162-165.
[11]	张潇允 , 张巍 , 夏盛强 , 马遥 , 金光勇 . 高功率激光辐照CFRP的温度场和应力场的数值分析. 激光技术, 2021, 45(5): 636-641. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.05.017
[12]	梅丽芳 , 秦建红 , 严东兵 . 活性激光焊接304不锈钢温度场的数值与试验研究. 激光技术, 2020, 44(4): 492-496. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.04.016
[13]	刘顺洪 , 吉巧杰 , 扬晶 . 钢管激光弯曲成形的数值模拟. 激光技术, 2006, 30(4): 355-359.
[14]	杨洪亮 , 金湘中 , 修腾飞 , 费鑫江 , 叶颖 . 钢/铝异种金属光纤激光焊接数值模拟. 激光技术, 2016, 40(4): 606-609. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.04.031
[15]	汪建敏 , 周群立 , 姜银方 , 张梦蕾 , 程科升 , 万里 , 赵龑 . 中空激光冲击金属板料变形的数值模拟. 激光技术, 2012, 36(6): 727-730. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2012.06.004
[16]	刘子昂 , 石伟 , 汪诚 . 激光冲击强化残余应力的数值模拟研究. 激光技术, 2017, 41(1): 1-5. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.01.001
[17]	李晓锋 , 周昕 , 卢熙 , 伍波 , 杨泽后 , 陈涌 , 周鼎富 , 侯天晋 . 激光在烟雾中传输特性的数值模拟分析. 激光技术, 2010, 34(3): 381-384. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2010.03.027
[18]	许伯强 , 刘洪凯 , 徐桂东 , 徐晨光 , 李俊敏 . 基于应力-位移混合有限元法的激光超声数值模拟. 激光技术, 2014, 38(2): 230-235. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.02.018
[19]	高立 , 张永康 . 镍-钴合金杆料激光冲击强化的实验和数值模拟. 激光技术, 2006, 30(5): 507-510.
[20]	陈根余 , 陈晓锋 , 周聪 , 李时春 , 廖生慧 . 激光深熔焊细长小孔数值模拟与试验研究. 激光技术, 2015, 39(2): 170-175. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.005

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激光金属沉积成形过程中温度场的数值模拟

通讯作者: 刘伟军, wjliu@sia.cn;

作者简介: 龙日升(1979- ),男,博士研究生,主要研究激光快速成型、CAD/CAM、工业自动化过程控制等.

1. 中国科学院, 沈阳自动化研究所, 沈阳, 110016;
2. 中国科学院, 研究生院, 北京, 100039;
3. 沈阳航空工业学院, 沈阳, 110004

收稿日期: 2006-05-16
录用日期: 2006-06-28
网络出版日期: 2007-08-25

关键词:

摘要: 为了降低成形过程的热应力,根据有限元方法中的“单元生死”技术,利用APDL语言编程实现了对多道多层激光金属沉积成形过程三维温度场的数值模拟,再现了成形过程中温度场的动态变化,得到了成形过程中模型温度场及温度梯度的分布规律。结果表明,试样同一纵断面上各节点虽然被激活的时间不一样,但它们具有相似的温度变化规律;试样内的温度梯度主要沿z轴方向分布,基板内的温度梯度主要沿平行基板方向分布,具有明显的分层现象,熔池区的温度梯度非常大。在相同的工艺参数下,实际成形试样的扫描电镜照片与模拟结果吻合很好。