激光毛化熔池温度场与流场数值仿真研究

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1、万方数据分类号UDC密级学位论文激光毛化熔池温度场与流场数值仿真研究作者姓名：曹志强指导教师：原所先教授东北大学机械工程与自动化学院申请学位级别：硕士学科类别：工学学科专业名称：机械制造及其自动化论文提交日期：2014年6月学位授予Et期：2014年7月评阅人：昌-2,山讯亚奇＼论文答辩日期：2014年6月答辩委员会主席：昔i衄东东北大学2014年6月万方数据AThesisinMechanicalManufacturingandAutomationStudyonNumericalSimulationaboutTemperatureFiel

2、dandFlowFieldofLaserTexturingMoltenPoolByCaoZhiqiangSupervisor：ProfessorYuanSuoxianNortheasternUniversityJune2014万方数据独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：砖苏强日期：锄脚，F．2譬

3、学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年口一年口一年半口两年∥学位论文作者签名：谁0酝签字日期："LV脚6、奶聊繇乃／p幻先签字日期：勿／乒、／t岁p万方数据东北大学硕士学位论文摘要随着毛化加工技术的发展，相继出现了喷丸毛化技术、电火花毛化技术、电子束毛化技术、喷墨毛化技术和激光毛化

4、技术等各种毛化技术。各种毛化技术均有各自的优点，但相比较而言，激光毛化技术具有更加优良的毛化性能。由于激光毛化的加工过程极短，熔池内部金属流体的温度场和流场变化十分迅速，若采用实验的方法测量温度场和流场的变化情况，必然存在着很多的困难，但计算机技术的快速发展为数值仿真技术的发展提供了坚实的基础。采用数值仿真技术已成为研究激光熔池温度场和流场的主要手段，本课题通过仿真结果研究激光毛化加工参数对毛化效果的影响趋势，为优化毛化工艺提供必要的理论支持和实际的应用价值。本文采用FLUENT数值仿真软件模拟激光毛化的加工过程中，重点研究了激光功率、脉

5、冲宽度、扫描速度对毛化坑形貌的影响和熔池内部金属流体的运动状态。本文主要从以下几个方面进行研究：介绍了激光毛化加工技术的发展历程和研究现状，阐述了本文的研究意义和主要研究内容。分析了激光毛化加工时的轧辊材料对激光的吸收作用，研究了激光毛化的热作用过程，通过合理的简化，以解析式的形式给出了熔池的温度场分布，并初步研究了激光毛化熔池内部的自然对流和Marangoni对流问题。建立了激光毛化过程的熔池模型，根据模型给出了具体的边界条件、源项的处理方法和相关的数值仿真计算参数。采用高斯激光源作为热源模型，选取不同的激光毛化加工工艺参数对毛化的温度

6、场进行数值模拟，并采用单因素轮换法讨论了激光功率、脉冲宽度、扫描速度对毛化坑形貌的影响趋势，得出了毛化坑形貌随加工参数的变化趋势。根据变化趋势，选择一组更合理的加工参数再次进行仿真，模拟出熔池内部金属流体的运动状态。模拟的结果表明，可利用数值仿真技术对激光毛化加工技术进行研究。根据实际情况对软件进行二次开发，可进一步提高仿真精度，得到与实际更相符合的结果，为进一步开发激光毛化加工的数值仿真技术打下了基础。关键词：激光，毛化，温度场，流场，仿真万方数据东北大学硕士学位论文AbstractAbstractLaserbeammachining，

7、whichhasuniqueprocessingwayandtechnologicaladvantages，hasbeenwidelyusedinindustrialproduction．Withthedevelopmentoftexturingtechnology,shotblastingtechnology,electricaldischargetexturingtechnology,electronbeamtexturingtechnology,inkjettexturingtechnologyandlasertexturingte

8、chnologyetcvarioustexturingtechnologyhaveappearedsubsequentlyVarioustexturingtechnologyhasitsown