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多道次、多层及多材料选区激光熔化过程中熔池演化与熔道形成的多物理场建模
摘要： 选择性激光熔化（SLM）是一种极具前景的粉末基增材制造技术，因其能够制造具有复杂几何形状的金属部件。尽管以往大多数研究聚焦于单材料打印，但近期面向行业的研究表明，在医疗器械、航空航天和汽车等高价值制造领域需要多材料SLM技术。然而由于实验观测的困难性，理解多材料SLM的底层物理机制仍具挑战。本文开发了多道次、多层及多材料SLM的集成建?？蚣?，以深化对该工艺的理解。主要创新点在于模拟同层及跨层沉积多种材料的熔池演变与道次形貌。采用离散元法（DEM）重现不同沉积模式下多种材料的粉末铺展过程，并导入粒度分析仪获取的粒径分布数据。通过不同激光能量输入研究了球化效应、匙孔凹陷及层间未熔合等多种现象?；诓煌任镄圆问攵远嘀址勰┎牧嫌呕四芰棵芏群蜕杓渚嗟裙ひ詹问?，以获得连续道次轮廓并提升扫描效率。模拟实现了不同材料层间界面的可视化，发现界面相迁移与熔池内对流流动相关，这种流动促进了两种材料的混合及元素扩散。本研究通过提供从多材料粉末沉积到激光与多扫描道次/不同构建层粉末相互作用的深入认知（这是单纯实验难以实现的），显著推动了多材料增材制造这一挑战性领域的发展。
关键词： 增材制造、离散元法（DEM）、计算流体动力学（CFD）、传热、多材料、选择性激光熔化（SLM）
更新于2025-09-23 15:19:57
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[2019年电气工程先进技术国际会议(ICAEE) - 阿尔及尔, 阿尔及利亚 (2019.11.19-2019.11.21)] 2019年电气工程先进技术国际会议(ICAEE) - 具备有功和无功功率注入功能的光伏并网逆变器原型开发
摘要： 地下开挖中的切割效率取决于刀具参数和切割工艺的最优配置。然而刀具设计与切割工艺的优化具有挑战性，这需要掌握刀具-岩石相互作用机理。本文采用岩石切削数学模型研究刀具-岩石相互作用，在锥形刀具的岩石切削模型中考虑了围压因素，并运用离散元法计算该模型的岩石破碎动力学过程。通过制备分级颗粒集合体，校准后施加特定围压进行水平方向压缩，随后记录岩石切削过程中裂纹的萌生与扩展规律。同时开展系列小尺度岩石切削试验以验证数值模型。分析结果表明：1）围压产生的切削力大于无围压工况；2）随着围压增大，岩石破坏模式从以脆性为主逐渐转变为以塑性为主；3）当破坏模式发生转变时，存在0.53的临界围压/抗压强度比值。
关键词： 深部开采、离散元法、围压、岩石切削过程
更新于2025-09-19 17:13:59
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激光粉末床熔融中熔池过程动力学与孔隙形成的计算研究
摘要： 在激光粉末床熔融增材制造过程中，孔隙的存在可能导致裂纹并显著影响零件性能。全面理解熔池过程动力学和孔隙演化有助于提高构建质量。本研究采用新型多物理场计算流体动力学（CFD）模型，探究熔池流体动力学行为及其导致的孔隙缺陷。为准确捕捉熔化与凝固过程，模型中考虑了表面张力、蒸发及激光多次反射等关键物理过程。通过附加数值模拟采用离散元法建模铺粉过程。通过多次单道实验获取熔池形貌与截面尺寸信息，预测的熔池尺寸与实验测量结果吻合良好——例如熔池宽度误差范围为1.3%至10.6%，熔池深度误差范围为1.4%至15.9%。针对激光功率350W、扫描速度100mm/s的工况，CFD模拟与X射线计算机断层扫描均检测到孔隙。匙孔形成可能与熔池前壁角度相关，研究发现前壁角度随激光线能量密度增加而增大。此外，更高的激光功率或更低的扫描速度会促进匙孔诱导孔隙的产生，并形成更大尺寸的孔隙。
关键词： 增材制造、熔池、计算流体动力学（CFD）、不锈钢、离散元法（DEM）、小孔效应
更新于2025-09-12 10:27:22
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选择性激光熔化过程中铺粉的数值模拟研究
摘要： 由于选择性激光熔化（SLM）成形过程涉及切片的快速熔融与凝固，该工艺对粉末层的致密性、均匀性与平整度要求极高?；诶肷⒃椒ǎ帕＝哟チδＰ?、颗粒碰撞判断算法及颗粒运动方程）并结合SLM铺粉工艺，开展了SLM铺粉过程的数值模拟研究。针对TC4钛合金粉末的性能测试实验，计算分析了粉末松装密度、振实密度与休止角。研究发现振实密度较松装密度提升7.5%，计算所得平均休止角（32.6°）与实验数据（33.2°）吻合良好，验证了SLM铺粉计算模型的准确性。通过计算分析不同刮刀方式与刮粉速度对铺粉质量的影响，发现采用非旋转滚筒刮刀方式可获得最高致密性与最均匀的粉末分布，且随着刮粉速度提升，铺粉致密性呈线性下降趋势。该SLM铺粉过程的数值模拟研究成果可用于指导实际SLM铺粉工艺，亦可作为基于颗粒尺度的SLM熔池动力学数值模拟的基础数据。
关键词： 紧实度、离散元法、铺粉、选择性激光熔化、增材制造、数值模拟
更新于2025-09-11 14:15:04