選區(qū)激光熔化TiNi形狀記憶合金熱-力耦合數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、選區(qū)激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）技術(shù)作為一種典型的增材制造技術(shù)（Additive Manufacturing，AM），目前已得到了廣泛的關(guān)注并逐漸應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)際生活中。在SLM成形過(guò)程中，粉床局部經(jīng)歷了快速加熱/冷卻的過(guò)程，導(dǎo)致了成形件應(yīng)力與應(yīng)變的產(chǎn)生。殘余應(yīng)力與應(yīng)變嚴(yán)重影響材料的成型性，并降低成形件的尺寸精度和性能?；谝陨显?，研究SLM成形過(guò)程的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)對(duì)優(yōu)化加工工藝、提高成形件性

2、能有著重要意義。
　　本文以ANSYS有限元分析軟件為平臺(tái)，對(duì)SLM成形Ti-Ni雙組元粉末的熱-力耦合場(chǎng)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬。在本文的研究中，采用高斯熱源模型實(shí)現(xiàn)激光熱源的持續(xù)移動(dòng)加載，綜合考慮了不同溫度條件下的材料熱物性參數(shù)和相變行為，重點(diǎn)研究了不同激光工藝參數(shù)（激光功率和掃描速度）對(duì)SLM成形過(guò)程溫度場(chǎng)熱行為和熔池形狀的影響。研究發(fā)現(xiàn)，粉床的溫度隨激光功率的增大和掃描速度的減小而增大，熔池尺寸隨激光工藝的變化呈現(xiàn)非線(xiàn)性變化。當(dāng)激光

3、功率為200 W和掃描速度為100 mm/s時(shí)，熔池的深度（63μm）和寬度（81μm）較為合適。
　　在溫度場(chǎng)研究的基礎(chǔ)上，采用間接熱-力耦合和材料單元屬性變換相結(jié)合的方法，進(jìn)一步研究了激光工藝參數(shù)對(duì)熱應(yīng)力演變規(guī)律和殘余應(yīng)力分布的影響。在選定合適的工藝參數(shù)后，分析了同一制件在不同位置的應(yīng)力變化情況。研究結(jié)果表明：熱應(yīng)力隨激光熱源的移動(dòng)而不斷變化，熔池附近區(qū)域呈現(xiàn)出壓應(yīng)力，已成形區(qū)域呈現(xiàn)出拉應(yīng)力。激光加熱過(guò)程完成后，制件的邊緣處殘