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《金属熔滴与基板碰撞变形规律的数值模拟研究》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、金属熔滴与基板碰撞变形规律的数值模拟研究金属熔滴与基板碰撞变形规律的数值模拟研究(1.西北工业大学机电学院,陕西西安710072;2.西北工业人学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室,陕西西安710072)摘要:微小熔滴的形变及凝固特性是研究熔滴沉积增材制造工艺的关键。本文采川两相流模型,结合自由表面跟踪算法和凝固界面跟踪算法,建立了熔滴与基板碰撞的计算模型,采用有限体积法求解。通过对金属熔滴与基板碰撞后中温度场变化、熔滴形态和凝固层生长情况的研究,揭示了不同温度、碰撞速度对熔滴形态和凝固过程的影响规律;提出了碰撞过程半凝固的概念,通过计算得
2、到了半凝网状态的时间、铀展半径和凝固层高度等参数。模拟结果与实验结果吻介良好,可以为熔滴沉积增材制造工艺参数的选择提供理论依据。关键词:熔滴;形变;半凝固;有限体积法;数值模拟中图法分类号:文献标识码:StudyonNumericalSimulationofDeformationLawofaMetalDropletImpactSubstrate(1SchoolofMechatronicEngineering,NorthwestornPolytechnicalUniversity,Xi,an710072,China2TheKeyMinistryo
3、fLaboratoryofContemporaryDesignandIntegratedManufacturing;Education;NorthwesternPolytechnicalUniversity;Xi"an710072,China)Abstract:Thecharacterofdeformationandsolidificationofmicrofusedropisthekeytoresearchingthedropletdepositionincreasingmaterialmanufacturing.Inthispaper,us
4、ingtwophaseflowmodel,combinedwiththefreesurfacetrackingalgorithmandthesolidificationinterfacetrackingalgorithm,tobuildupthecalculationmodelofafuseddropcollisionwiththesubstrate.Finitevolumemethodiscarriedouttoresearchtherulesofthetemperaturefieldchange,thedropdeformationandt
5、hesolidificationlayerdevelopmentduringthecollisionprocess.Theanalysisshowstheruleoftemperature,theimpactvelocityinfluenceondeformationandsolidification.Theparameters,suchasthetime,radiusandthicknessoffrozenlayerforsemi-solidifiestion,canbeobtainedbycalculating.Thesimulationr
6、esultsagreewellwiththeexperimentalphotographsinliterature,anditcanprovidethetheorybasisforchoosingprocessingparametersindropletdepositionincreasingmaterialmanufacturing.Keywords:fuseddrop;deformation;semi-solidification;finitevolumemethod;NumericalSimulation熔滴沉积增材制造丁艺是将喷墨打印技
7、术的思想M川到制造领域而开发的一种玄接快速成形技术。该工艺利用离散——堆积的方法,将射流离散得到的微小熔滴按需定位,通过逐点逐层累加堆积来实现三维型体成型。熔滴的快速固化使得到的制件微观结构性能和力学性能较其它制造方法冇很大程度的捉高;而且突破了其它快速成型技术在材料上的限制,既可以成形低熔点的非金属材料,也可以成形高熔点的金属材料,具有广阔的应用前景。西北工业大学对熔滴沉积增材制造的快速成型工艺进行了广泛的实验和理论研究[1-3],制备得到了各种形态的金属制件。由于熔滴与基板以及熔滴Z基金项LL博士点基金(20070699076)、西北工业大
8、学博士论文创新基金资助项1=1(CX200808),全国博士学位论文作者专项资金间碰撞后变形和凝固直接影响熔滴沉积增材制造过程成败与制件粘度,因此具有