- 标题
- 摘要
- 关键词
- 实验方案
- 产品
-
热机械过程的实验研究：激光焊接与粉末床熔融
摘要： 本研究开发了一种实验方法，用于分析和深入理解粉末床激光焊接与熔化过程。通过应用不同光学诊断工具（高速摄像机、红外相机、高温计等）测量多种物理量（熔池形貌、温度场、残余应力及变形）。由此，在激光焊接过程中获得的测量数据有助于建立实验结果数据库（实验基准）。对粉末床熔化过程的研究深化了对熔池形成与行为相关物理机制的理解。这些成果可供研究人员改进并验证此类工艺的数值模拟。
关键词： 光学诊断、熔池、粉末床熔化、残余应力、激光焊接、温度场
更新于2025-09-23 15:21:01
-
基于有限元模拟的激光喷丸钛合金工艺参数优化——田口灰关联法诱导增强残余压应力
摘要： 激光冲击强化（LSP）被证明是针对先进材料最有效的表面工程技术，能诱导产生有益的深层残余压应力，从而提升材料的力学性能、疲劳特性及表面抗损伤能力。但采用X射线衍射法分析处理试样中残余应力的非均匀分布既耗时又昂贵。该问题可通过与实际实验过程相兼容的LSP有限元数值模拟模型解决——该模型允许用户调控激光参数以实现所有可控参数的最优水平。本研究旨在分析并优化激光工艺参数的影响，在实现最小化表面变形的同时诱导残余压应力。基于Johnson-Cook粘弹性塑性材料行为定律建立了Ti6Al4V材料LSP仿真模型，采用高斯压力分布对目标区域进行均匀加载。通过L27正交阵列结合田口-灰色关联分析法（TGRA）处理LSP仿真数据，并基于多响应指标进行结果分析。研究发现：激光冲击次数和压力脉冲持续时间的增加会导致表面变形加剧；而激光光斑直径、光斑重叠率及激光功率密度的提高会使最大残余压应力降低。有限元仿真结果与已发表文献具有相关性，最终获得了优化钛合金LSP效果的最佳工艺参数组合。
关键词： 灰色关联分析（GRA）、田口方法、激光冲击强化（LSP）、有限元法（FEM）、残余应力
更新于2025-09-23 15:21:01
-
直接激光写入中用于轨迹评估的神经网络
摘要： 材料收缩是增材制造中常见的问题，会导致制件产生不必要的变形或残余应力，从而影响制造质量。尽管已知由此产生的变形和应力高度依赖于书写轨迹，但迄今为止尚未有选择合适轨迹的有效策略被报道。本文提出了一种在直接激光写入（一种基于光聚合且常受强烈收缩效应影响的增材制造方法）中实现该目标的方法。首先，我们介绍了一种测量不同直接激光写入线条收缩率的方法；随后建立了一个半经验数值模型来捕捉顺序聚合材料及其宏观效应之间的相互作用；最后，我们采用人工神经网络评估给定激光轨迹对制件质量的影响。该方法证明了利用人工神经网络评估3D打印轨迹质量的可行性，从而为降低材料收缩对3D打印制件影响提供了一条潜在途径。
关键词： 先进制造、残余应力、人工神经网络、直接激光写入
更新于2025-09-23 15:21:01
-
将激光粉末床熔融Ti-6Al-4V中基于衍射的应变与宏观应力相关联
摘要： 激光粉末床熔融（LPBF）生产工艺常导致零件产生较大残余应力（RS）。目前亟需无损检测技术来测定残余应力，但通过衍射技术可靠量化宏观残余应力（即构件层面的应力）仍是重大挑战，因为基于衍射的应变与宏观残余应力之间的关联并非显而易见。本研究通过原位同步辐射衍射实验，确定了LPBF Ti-6Al-4V材料中这种关联。我们将实验结果与常用模型进行对比，以确定所谓的衍射弹性常数（DECs）。研究表明，LPBF材料的衍射弹性常数与锻造合金不同，这源于其微观结构和力学性能的差异。我们还发现，现有模型仅在无需高精度残余应力值时可用于计算衍射弹性常数。若必须考虑微观结构特性（如增材制造材料的情况），则需要采用全新的方法。
关键词： 同步辐射衍射、激光粉末床熔融、残余应力、Ti-6Al-4V合金、衍射弹性常数
更新于2025-09-23 15:21:01
-
激光定向能量沉积增材制造中残余状态与尺度效应的数值研究
摘要： 采用顺序耦合热力模型模拟激光定向能量沉积增材制造中的残余应力和残余变形。通过实验数据对比验证了所提模型的有效性。研究采用不同尺寸构件以探究尺度效应，结果表明残余应力可通过构件尺寸进行调控。该现象可由定向能量沉积增材制造过程中的弯曲变形与温度波动（尤其是冷却速率）解释，且二者均可通过环境温度与设计工艺参数进行控制。研究建立了分析模型，阐明构件尺寸如何结合不同设计参数影响最终残余状态。
关键词： 缩放效应、残余应力、残余变形、增材制造
更新于2025-09-23 15:19:57
-
高锰TWIP980钢激光焊接的实验与数值模拟研究
摘要： 本文采用Simufact焊接软件对2mm厚TWIP980钢板激光裁剪工艺进行数值模拟。结果表明：激光焊接热源中心区域小且温度高，熔池前端呈水滴状轮廓与漏斗形截面。模拟焊缝与实际焊缝具有高度吻合性。随着热输入（线能量）增大，热循环峰值温度与焊件宽度均增加。模拟结果显示：焊缝垂直于焊道方向（沿表面）的残余应力大于沿焊道方向的残余应力，二者均大于垂直于焊道方向（沿厚度方向）的残余应力。焊接产生的残余应力主要集中于垂直于焊缝的方向。热输入增大时，焊后变形随之增加。针对所研究的TWIP980钢，推荐激光裁剪板（LTB）焊接参数为：功率3kW、焊接速度3m/min，此为实际焊接中的最优工艺参数。验证了该软件对TWIP980钢激光焊接模拟的指导意义。
关键词： 数值模拟、激光焊接、残余应力、温度场、TWIP980钢
更新于2025-09-23 15:19:57
-
选择性激光熔化过程中热场与应力场的预测模型——第一部分
摘要： 在激光粉末床熔融成形过程中，由于高冷却速率和温度梯度引发的热应力，热变形是一个突出问题。因此，了解工艺参数对熔池区热场与应力演变的影响至关重要。本文基于顺序耦合热力场分析，建立了选择性激光熔化（SLM）工艺的三维有限元模型，用于精确预测热历程及表面特征（如变形与残余应力）。该模型纳入了304L不锈钢的材料性能随温度变化的数据，完整呈现了从粉末态到全致密固态的转变过程。通过设计旨在降低缺陷形成概率的不同参数组合，全面展示了表面温度梯度和热应力的演化规律。仿真结果表明：连续扫描轨迹中交替出现的热循环熔化会导致压应力和拉应力的周期性变化。第二部分将提出大尺寸构件激光选区熔化过程的热力场预测模型。当构件冷却至室温后，纵向残余应力值较高。本研究通过工艺参数分析，将为实现最小残余应力与变形提供指导方案。
关键词： 有限元分析、选择性激光熔化、变形、残余应力
更新于2025-09-23 15:19:57
-
选择性激光熔化过程中热场与应力场的预测模型——第二部分
摘要： 有限元分析（FEA）用于预测瞬态热循环并优化工艺参数，以分析这些因素对变形和残余应力的影响。然而，采用FEA方法预测该过程中的热历史通常耗时较长，尤其对于大型零件而言。本文针对大型零件建立了精确预测变形和残余应力的有效模型，通过引入单层激光扫描模型提出的等效体热流作为逐层模型的热载荷，将扫描层经等效体热流加热后作为基础单元构建宏观零件。研究模拟了两种不同支撑结构实体零件在选区激光熔化（SLM）过程中的热历史与残余应力场。层热源法虽为缩短计算时间牺牲了建模细节，但能实现SLM过程的快速温度预测。因此本工作的数值模型可作为工艺参数、残余应力及变形参数化研究的有效工具。
关键词： 畸变、有限元分析、残余应力、层热源模型、选择性激光熔化
更新于2025-09-23 15:19:57
-
基于轮廓法的激光焊接残余应力有限元反演分析
摘要： 激光焊接的热效应会降低局部材料性能，这不可避免地导致焊缝产生热变形和热残余应力。本研究采用轮廓法与有限元模拟相结合的方法，测量了激光焊接铝锂合金构件的残余应力分布。首先通过坐标测量仪测定焊件切割面因残余应力释放产生的轮廓变形，随后将反向轮廓变形作为位移边界条件施加于有限元模型，反推出切割面的全场残余应力。进一步采用热/结构顺序耦合分析方法，以实际焊缝形貌作为热源特征参数，运用改进的激光焊接锥形热源模型，建立了完整的激光焊接板三维有限元模型并计算残余应力场。其结果与轮廓法测量结果一致。
关键词： 激光焊接、残余应力、轮廓法、热/结构有限元分析、改进的锥形热源模型
更新于2025-09-23 15:19:57
-
高斯模式激光冲击下IN718合金表面形貌与残余应力场的数值模拟
摘要： 激光冲击处理（LSP）是一种能改善材料力学性能并延长疲劳寿命的新型表面改性技术。本研究采用数值模拟方法，使用高斯模式激光对IN718合金进行处理，激光脉冲能量为3-7 J，脉冲宽度为12 ns，光斑直径为3 mm，并探究了激光脉冲能量对材料表面形貌及残余应力场的影响。数值模拟结果表明：经LSP处理后，材料近表面形成一定深度的塑性变形层和压应力层；材料塑性变形量随激光脉冲能量增大而增加，表面及深度方向的压应力也随之增强。当激光脉冲能量为3-7 J时，最大压应力出现在对应激光光斑的中心位置。激光脉冲能量从3 J增至7 J时，深度方向塑性变形量从0.50 μm增至1.86 μm，最大压应力从362 MPa提升至742 MPa。研究表明LSP能显著改善IN718的力学性能，其中激光脉冲能量是影响处理效果的最关键因素，本研究可为IN718合金LSP处理的相关研究提供理论指导。
关键词： 残余应力、高斯模式激光、表面形貌、激光冲击处理、IN718合金、激光脉冲能量、数值模拟
更新于2025-09-23 15:19:57