激光毛化熔池溫度場與流場數(shù)值仿真研究.pdf

1、隨著毛化加工技術(shù)的發(fā)展，相繼出現(xiàn)了噴丸毛化技術(shù)、電火花毛化技術(shù)、電子束毛化技術(shù)、噴墨毛化技術(shù)和激光毛化技術(shù)等各種毛化技術(shù)。各種毛化技術(shù)均有各自的優(yōu)點(diǎn)，但相比較而言，激光毛化技術(shù)具有更加優(yōu)良的毛化性能。由于激光毛化的加工過程極短，熔池內(nèi)部金屬流體的溫度場和流場變化十分迅速，若采用實(shí)驗(yàn)的方法測量溫度場和流場的變化情況，必然存在著很多的困難，但計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展為數(shù)值仿真技術(shù)的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。采用數(shù)值仿真技術(shù)已成為研究激光熔池溫度場和

2、流場的主要手段，本課題通過仿真結(jié)果研究激光毛化加工參數(shù)對毛化效果的影響趨勢，為優(yōu)化毛化工藝提供必要的理論支持和實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。
　　本文采用FLUENT數(shù)值仿真軟件模擬激光毛化的加工過程中，重點(diǎn)研究了激光功率、脈沖寬度、掃描速度對毛化坑形貌的影響和熔池內(nèi)部金屬流體的運(yùn)動狀態(tài)。本文主要從以下幾個方面進(jìn)行研究:
　　介紹了激光毛化加工技術(shù)的發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀，闡述了本文的研究意義和主要研究內(nèi)容。分析了激光毛化加工時(shí)的軋輥材料對激

3、光的吸收作用，研究了激光毛化的熱作用過程，通過合理的簡化，以解析式的形式給出了熔池的溫度場分布，并初步研究了激光毛化熔池內(nèi)部的自然對流和Marangoni對流問題。
　　建立了激光毛化過程的熔池模型，根據(jù)模型給出了具體的邊界條件、源項(xiàng)的處理方法和相關(guān)的數(shù)值仿真計(jì)算參數(shù)。采用高斯激光源作為熱源模型，選取不同的激光毛化加工工藝參數(shù)對毛化的溫度場進(jìn)行數(shù)值模擬，并采用單因素輪換法討論了激光功率、脈沖寬度、掃描速度對毛化坑形貌的影響趨勢，得