尼龙粉末在sls工艺中辐射传热特性的离散元模拟研究

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1、学校代码10530学号201510161640分类号TK11密级公开硕士学位论文尼龙粉末在SLS工艺中辐射传热特性的离散元模拟研究学位申请人陈宇杰指导教师谭援强教授姜胜强副教授学院名称机械工程学院学科专业机械工程研究方向数字化设计与制造二〇一八年六月DiscreteElementSimulationofRadiativeHeatTransferCharacteristicsofNylonPowderinSLSProcessCandidateChenYujieSupervisorTanYuanqiang，JiangShengqiangColleg

2、eSchoolofMechanicalEngineeringProgramMechanicalEngineeringSpecializationAdvancedManufacturingTechnologyDegreeDigitalDesignandManufacturingUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018湘潭大学硕士学位论文摘要选择性激光烧结（SelectiveLaserSintering,SLS）技术在21世纪得到了飞速发展，其产品涉及到多个领域。探究烧结过程的本质和提高烧结件力学性能既是促

3、进SLS工艺进步的主要挑战，也是SLS技术发展面临的巨大难题。若要解决上述难题，有赖于对粉末烧结过程的传热特性进行深层次的分析与理解。在众多粉末颗粒间的传热数值模型中，常忽视了颗粒间的热辐射，主要原因是热辐射的计算十分复杂或辐射传热量占总传热量比不大，但从SLS的工艺角度看来，热辐射不可忽视。因此，有必要构建一种考虑激光热辐射、颗粒间热辐射的传热数值模型，从微观角度对SLS中粉末之间的传热特性开展深入的分析与研究。本文主要研究内容如下：基于离散元法建立了一种激光-颗粒间热辐射模型。该模型中，激光强度服从高斯分布，通过修改位置等参数可模拟出激光照

4、射下任一被照截面的辐射情况。基于光的传播特性，在模型中考虑了激光折射、激光穿透与激光反射等因素，使得模型更符合真实的辐射情况。在相同的激光辐射条件下，将模型的模拟结果与模型的预测结果进行对比，对比结果验证了本文所建激光-颗粒间热辐射模型的正确性。基于斯蒂芬-玻尔兹曼定律建立了一种圆形颗粒间考虑障碍物的颗粒-颗粒间热辐射模型。这种颗粒-颗粒间热辐射模型通过分别积分-累加两颗粒各等分单元间的辐射换热量来计算两颗粒间总辐射换热量。探究了模型中不同粒径、不同等分数对计算结果准确度的影响，为兼顾计算的高效性及结果的精确性，模型中根据颗粒的粒径将颗粒表面进

5、行等分，并定义了等分规则。在相同的辐射条件下，将颗粒-颗粒间热辐射模型的计算结果与COMSOL热辐射模型的计算结果进行对比，对比结果验证了本文所建激光-颗粒间热辐射模型的正确性。将上述模型与离散元接触模型及热传导模型进行耦合，耦合模型可直接用于SLS的烧结数值仿真，通过改变激光功率及激光扫描速率等参数可观察粉末颗粒在不同烧结工艺参数下的传热规律，这些结果证明了本文的模型应用至SLS烧结仿真具有一定的可行性。上述工作可以为深入探究SLS工艺中的传热特性提供参考。关键词：选择性激光烧结；粉末传热；热辐射模型；离散元法I湘潭大学硕士学位论文Abstr

6、actSelectiveLaserSintering(SLS)technologyhasbeenrapidlydevelopedinthe21stcentury,anditsproductsinvolvemultiplefields.ExploringthenatureofthesinteringprocessandimprovingthemechanicalpropertiesofthesinteredpartarebothchallengestotheadvancementoftheSLSprocessandaproblemforthede

7、velopmentoftheSLS.Inordertosolvetheaboveproblems,adeepanalysisandunderstandingoftheheattransfercharacteristicsofthepowdersinteringprocessarerequired.Inmanynumericalmodelsofheattransferbetweenpowderparticles,heatradiationbetweenparticlesisoftenneglected,mainlybecausethecalcul

8、ationofheatradiationisverycomplicatedortheratiooftheradiationheattransferam