激光近凈成形氧化鋁薄壁件溫度場模擬與優(yōu)化.pdf

1、碩士學位論文激光近凈成形氧化鋁薄壁件溫度場模擬與優(yōu)化TheSimulationandOptimizationofTemperatureFieldinLaserEngineeredNetShapingAluminaThinwalledParts學號：21004214完成日期：20130505大連理工大學DalianUniversityofTechnology人連理r人學碩十學位論文摘要A1203陶瓷具有高熔點、高硬度、高強度和高化學穩(wěn)定性

2、的特點，現(xiàn)已廣泛應用于航空航天、特殊冶金、磁流體發(fā)電等領域中，特別是在某些極端工況下，A1203陶瓷已經(jīng)逐漸取代部分傳統(tǒng)金屬材料。利用傳統(tǒng)燒結工藝制備A1203陶瓷零件致密度低，且不易成形形狀過于復雜的零件，而通過將激光近凈成形技術應用于A1203陶瓷零件制備中可以改善上述缺點，可制備出高性能、全致密、復雜形狀的A1203陶瓷零件。但成形過程溫度梯度過大會引起熱應力過大，且陶瓷材料為典型的脆性材料，使得陶瓷零件很容易產(chǎn)生裂紋和翹曲等缺陷

3、，因此降低成形過程溫度梯度對于成形高質(zhì)量的陶瓷零件意義重大。獲取成形過程溫度場信息是降低溫度梯度的前提。由于成形過程熔池較小、溫度極高，通過實驗方法很難測得成形過程溫度，因此引入數(shù)值模擬方法獲取成形過程的溫度場信息。本文通過建立有限元模型計算得到成形過程的溫度和溫度梯度變化規(guī)律，分析不同工藝參數(shù)對成形過程溫度場的影響，進而優(yōu)化工藝參數(shù)，為實驗提供理論指導，具體研究內(nèi)容如下：(1)考慮模型基本假設、材料熱物參數(shù)、模型建立、網(wǎng)格劃分、熱源模

4、型、初始條件、邊界條件、“生死單元”技術等因素，利用ANSYS軟件建立激光近凈成形10層A1203薄壁件的溫度場模型，獲得成形過程溫度場分布規(guī)律。通過成形實驗和熱電偶測溫結果驗證模型的正確性；(2)分析成形過程溫度變化規(guī)律，解釋成形過程不穩(wěn)定區(qū)域產(chǎn)生的原因，通過優(yōu)化掃描路徑將該不穩(wěn)定區(qū)域最小化。進一步分析成形過程溫度梯度變化規(guī)律，得到成形過程的主要溫度梯度方向和最大溫度梯度位置。通過分析成形過程塑性點溫度梯度大小，指出薄壁件裂紋等缺陷產(chǎn)