固体表面激光加工熔池特性的数值分析

通过引入液相分数标量描述界面熔融区,能量方程中将潜热转换为热焓源项,而动量方程则引入‘Darcy‘源项,由此建立统一的液和固相控制方程,实现在固定网格下求解具有移动界面的熔化和凝固过程.应用该模型详细分析不锈钢表面激光加工过程热传导、Marangoni和热浮力三种换热机制对熔化过程和熔池形状的影响.     

GTA焊接熔池特性的数值模拟

以GTA焊接熔池为研究对象,建立了304不锈钢材料的移动GTA焊接过程的数学模型,模型中考虑了电磁力、浮力和表面张力.利用大型通用商业软件Phoenics3.4进行数值模拟.通过引入液相分数标量描述界面熔融区,能量方程中将潜热转换为热焓源项,而动量方程则引入Darcy源项,由此建立统一的液固相控制方程,实现在固定网格下求解具有移动界面的熔化和凝固过程.应用该模型计算了不锈钢GTA焊接过程中的熔池形状、工件的温度场和熔池的流场,熔池形状计算结果与实际焊接结果吻合.     

焊接熔池浮力－表面张力驱动流数值解的源项与边值处理

从固／液相变问题的单相统一模型控制方程组出发，用焓法‘模糊，处理固／液运动界面和相变潜热，用Ｔａｙｌｏｒ级数展开法处理非线性源项，并将附加源项法扩展应用于处理动量方程的表面张力边界条件，使整个控制方程组的迭代求解局限于内节点上，从而加快了方程组耦合求解的收敛速度，二维轴对称定点熔化焊浮力－表面张力联合驱动流的数值计算结果表明，这种源项与边值的处理方法较非线性源项的显式处理和热边界条件的附加源项处理计算速度提高１５％～２０％，且计算结果相当一致。     

围绕水平椭圆柱热源接触熔化分析

对相变材料围绕水平椭圆柱热源温差接触熔化过程进行了分析．针对按以往模型所得结果的问题：边界层厚度在φ为90°时趋于无穷大,考虑椭圆柱表面和固液相变界面法向角的不同,建立了新的数学模型,推导出其熔化过程基本方程,并求得边界层压力分布,固液相界面法向角变化规律,边界层厚度分布和椭圆柱运动速度与外力的关系．讨论了不同椭圆压缩系数下的方程解,分析表明,在考虑熔化界面法向角后,椭圆柱两侧的边界层厚度为一有限值,与所做实验观测的结果一致．     

板式蒸发式冷凝器传热传质的数值模拟

基于VOF算法,建立了板式蒸发式冷凝器气-液两相降膜流动传热传质的计算模型,该模型考虑了表面张力动量源项和气-液相间传热传质源项．并利用该模型,定量分析了不同壁面热流密度、液相进口温度和空气速度下竖直板面的温度分布、气-液界面处潜热和显热换热量的相对关系．计算结果显示,液膜和空气内温度随壁面热流密度的增大而增大,在气液界面处,温度梯度存在不连续;气-液相界面处的换热主要形式为水蒸发传质引起的潜热换热为主、空气显热传热为辅,并且传热热阻主要集中于水膜内;并且随风速的增加,相间传质量也随之增大．     

卸载熔化状态铁/蓝宝石界面温度测量及其相变动力学研究

本文主要是研究金属铁经历冲击-卸载到熔化压力区,其内部发生熔化相变时,铁/蓝宝石界面的辐亮度和温度随时间演化特性,发现辐亮度随时间持续增强而界面却经历了一个慢降温过程,该特征与无相变或瞬时相变的热传导模型结论不一致,即无熔化相变或瞬时相变时,界面温度是一个稳定值.本文结合熔化相变动力学模型与热传导方程对实验现象给出一种理论解释.模型计算所给出的温度历史与观测结果一致,由此可以校对其它测量或者计算熔化温度的方法和模型计算的结果,并能够初步限定出该压力下铁的熔化成核速率和径向长大速率.     

纯金属Al热型连铸凝固过程数值模拟

采用交替显式直接差分法建立了热型连铸凝固过程温度场模拟的差分数值方法，并研究了不同工艺参数对温度场分布的影响．模拟结果表明，采用交替显示差分格式建立差分方程进行热型连铸过程温度场模拟计算，计算过程简单，所得计算结果严格收敛，说明交替显示差分格式建立差分方程的合理性，是一种较好的建立差分方程的方法．连铸速度对纯金属Al凝固时固液界面的位置影响较大，随连铸速度增大，液固界面位置从型内向型外移动，与实验结果一致，说明采用计算机模拟技术是可行的．     

氯化钾团簇的成核和重结晶的分子动力学模拟

利用Born—Mayer—Huggins势函数对（KCl）256、（KCl）500和（KCl）864团簇的成核和重结晶进行了分子动力学（MD）模拟．根据MD模拟结果和经典成核理论估算和讨论了KCl团簇的熔化温度、熔化焓、平均离子扩散系数、成核速率、固液界面自由能和临界核大小．另一方面,在MD模拟中,观察到了（KCl）864的热退火过程中的固态重结晶,并获得了250～400K温度范围内（KCl）864团簇重结晶的成核速率．     

滑动平板下摩擦与温差驱动熔化分析

研究滑动平板下相变材料由温差与摩擦共同驱动的接触熔化过程,分析了熔化特征和规律．应用边界层理论推导得熔化所应该满足的基本方程,由此可推导得摩擦单独作用下的接触熔化结果．通过数值计算求得无量纲的熔化率、边界层厚度和压力的分布．讨论了有关结果和影响因素．分析表明,温差越大,熔化率和边界层厚度越大,压力分布越不对称．而滑动速度越大,熔化率越大,边界层厚度越平坦,压力分布越对称．另外,混合驱动下的接触熔化结果不是摩擦与温差熔化各自结果的叠加．     

变质量黑洞Dirac粒子的量子热效应

从Ｄｉｒａｃ四分量旋量方程出发，经广义Ｔｏｒｔｏｌｓｅ坐标变换，导出了变质量黑洞的视界面方程．在推导温度函数的过程中取消了传统的假设，并紧终获得了Ｄｉｒａｃ粒子的Ｈａｗｋｉｎｙ热谱公式．     

飞秒激光照射金纳米颗粒的分子动力学模拟

在分子动力学的基础上引入了双温度模型,对飞秒激光照射金纳米颗粒的相变传热过程进行了模拟研究。利用序参数法对传热过程中颗粒内部固液相变的发生进行了判别,并获取了纳米颗粒受飞秒激光照射的熔化特性,在此基础上研究了不同大小的激光能量对熔化过程的影响。结果表明,在飞秒激光照射金纳米颗粒的过程中,当颗粒内部相变发生时,金原子的空间分布由面心立方规则排列逐渐变为不规则无序的松散排列,纳米颗粒内部所有区域都发生了熔化现象,不存在一个明显的固液模拟界面。随着激光的不断照射,熔化比例逐渐增加。     

低阶模CO2激光熔覆层形貌和质量的控制

通过在316L不锈钢基材上进行激光熔覆,研究了低阶模CO2激光熔覆功率和离焦量对熔覆层形貌和质量影响.研究表明,随着离焦量增加,激光熔覆层宽度和熔化宽度增加,熔化深度降低.随着激光功率增加,激光熔覆层宽度、熔化宽度和熔化深度增加.熔化区的形状和熔合界面质量主要与离焦量的大小有关,随着离焦量增加,熔化区形状从类似于“蘑菇”形,过渡到熔合良好的平底状.因此,通过调节离焦量,低阶模CO2激光熔覆可以得到界面平整、熔合良好的熔覆层,采用低阶模CO2激光进行熔覆是可行的.     

选区激光熔化成型镁合金构件关键技术综述

选区激光熔化成型镁合金构件性能优异且个性化程度高,在工业生产、生物医疗等多个领域具有重要应用意义。首先,对选区激光熔化成型镁合金技术的基本原理与技术特点进行了简要阐释;其次,基于选区激光熔化成型镁合金技术的国内外研究现状,将目前已有研究成果与尚未解决的技术问题进行归纳与总结;再次,对选区激光熔化成型镁合金关键技术进行分析,对主要技术难点及其解决方案进行综述;最后,对选区激光熔化成型镁合金发展趋势进行探讨,指出今后可在以下方面进行深入研究:1)优化现有工艺参数与成型仓风道等机械除尘结构,通过主动抑尘与被动抑尘相结合的方法提高成型质量;2)通过工艺调控减少成型缺陷,制备高性能镁合金构件;3)优化粉末筛分结构,提高成型安全性。     

工艺参数对选区激光熔化成型316L不锈钢组织结构的影响

选区激光熔化技术(selective laser melting,SLM)在制造高精度复杂零件方面具有很大的优势,这种零件加工方法具有节省材料、低成本和高速度的优点,在机械零件制造、生物医学和发电机制造领域具有广阔的发展前景。为研究不同工艺参数对选区激光熔化成型的316L不锈钢组织结构的影响,通过选择性熔化成型技术制备316L不锈钢材料,分析不同成型方向的晶体结构和工艺参数对材料组织结构的影响,研究不同激光功率和扫描速度下不锈钢结构的变化。结果表明:垂直扫描方向且平行于沉积方向的平面晶体为鱼鳞状,扫描平面晶体为柱状晶且连续外延生长;激光功率和扫描速度的变化将对试样的组织结构产生相应的影响,激光功率偏小会使试样表面产生明显的孔洞现象,激光功率偏大试样表面会在孔洞的基础上产生"球化";扫描速度过小试样表面产生"球化",扫描速度过大则会使试样致密度变小,产生裂纹和孔洞。因此,由激光熔化技术制作的316L不锈钢金属试样需要选择适当的激光功率和扫描速度才能有效减少球化和孔洞的产生。     

Anisotropy of nickel-based superalloy K418 fabricated by selective laser melting

Selective laser melting (SLM) is a promising additive manufacturing (AM) technology for fabricating the near net-shaped parts by selectively melting and solidifying a thin powder layer with a high-intensity laser beam according to the CAD data for arbitrary components. In this work, Ni-based superalloy K418 samples were fabricated by selective laser melting (SLM). To evaluate the anisotropic mechanical behavior of the SLM processed K418 samples with layer-by-layer melting, the samples were manufactured parallel (transverse specimens) and vertical (longitudinal specimens) to the building direction on the substrate. The microstructural anisotropy analysis was performed by optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM). Electron backscatter diffraction (EBSD) analysis was used to identify their crystallographic preferred orientation (texture) and to correlate the anisotropy of the mechanical strength with the texture of the material. The results showed that the transverse specimens had slightly higher yield strength, but much significantly higher ductility than that of the transverse specimens with the elongated columnar grains along the building direction.     

超快激光切割金属材料中快速相变的数值模拟

采用二维双温度模型对多脉冲激光照射金薄板的相变传热情况进行研究，通过等效比热容方法确定固液界面的位置并研究了激光参数对传热过程的影响。结果表明，当激光垂直照射金薄板时，表面整体温度不断上升，而在脉冲间隔时间内略有下降，但温度的峰值相比激光作用的中心有延迟。随着激光的移动，激光照射点处的温度会出现一个峰值，之后会回落。激光作用时间内热影响区的横向变化比纵向大，移动光源向内部的热传递占主要作用，脉冲间隔时间内，热影响区的纵向变化比横向大，金薄板内部导热占主要作用。随着激光的照射，熔化状态横向不断增加的同时，熔化的深度也在不断增加。提高入射脉冲激光能量，会导致熔化的时间提前且熔化深度增加。     

按增益体积缩放全金属环状波导CO2激光器研究

介绍全金属环状波导CO2激光器,并提出了器件的设计思路,运用电磁场理论详细分析了环状波导管内电磁场各分量方程、模式特征及其强度分布,对波导谐振腔的耦合损失也进行了简要的分析。     

散射作用下粒径对激光烧结的影响

采用二维双温度模型对激光烧结过程中的相变传热特性进行了模拟研究,重点讨论了颗粒粒径对烧结过程的影响,在此过程中考虑了散射效应的作用。通过将界面能量平衡方程、成核动力学的界面追踪法相耦合来确定固-液界面的位置。结果表明:当激光垂直照射金颗粒时,熔化现象主要发生在颗粒的两极且底部熔化开始时间早,熔化体积也比较小。颗粒粒径的变化主要影响表面光强分布与传热尺寸两个方面,在激光照射阶段由于散射效应,粒径增加会使颗粒底部光强变强,底部温度升高;在激光照射结束以后,粒径越大,单位光照表面下的传热体积也越大,这导致大粒径颗粒的温度、熔化程度较低,底部温度下降速度更快。     

选择性激光熔化316L不锈钢粉成形优化工艺

针对选择性激光熔化技术加工零件存在的致密度低、成形精度差和表面光洁度低的问题,利用正交实验的方法优化316L不锈钢粉末成形零件的工艺,研究激光功率、扫描速度、扫描间距对零件成形致密度的影响,分析了试样的表面形貌。实验结果表明:采用选择性激光熔化工艺的316L不锈钢粉末试样有较高致密度,其试样的致密度达80.1%。工艺优化后的参数为激光功率300 W、扫描速度800 mm/s、扫描间距0.08 mm,并在该组优化参数条件下成功制造零件。     

激光取样对LMES分析的影响

本文以玻璃基片为样品,利用扫描电镜和x能谱仪,对激光取样量、激熔穴周围的沉积层和蒸发物收积层进行了测量。并讨论了激光取样对激光显微光谱分析的影响。