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激光熔覆工艺热-弹-塑-流多场耦合数值模拟与试验 被引量：13
1
作者 李昌 于志斌 +2 位作者 高敬翔 韩兴 董欣 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期124-134,共11页
熔覆过程存在极其复杂的传热及热-弹-塑-流多场耦合变化,将影响对流、传热、传质、凝固和相变,而熔覆中的急冷急热会产生复杂的残余应力与变形,产生熔覆裂纹,影响熔覆层质量。揭示熔覆过程中多场耦合演变机理是控制和避免产生熔覆裂纹... 熔覆过程存在极其复杂的传热及热-弹-塑-流多场耦合变化,将影响对流、传热、传质、凝固和相变,而熔覆中的急冷急热会产生复杂的残余应力与变形,产生熔覆裂纹,影响熔覆层质量。揭示熔覆过程中多场耦合演变机理是控制和避免产生熔覆裂纹的关键。文中以CALPHAD法计算温变物性参数,建立了碟片激光器激光熔覆过程多场耦合模型,综合考虑了光束与粉末间的相互作用,熔池表面张力、浮力对液态金属流动的影响,熔覆带的瞬时变化,计算得出了熔覆过程温度场、速度场、应力场的瞬时变化规律。运用Zeiss-?IGMA HD扫描电镜进行金相实验,验证了所建模型的准确性。计算表明:形成近似2 mm×1.5 mm×1 mm椭球体熔池,最高温度在光斑中心偏后位置;700 ms后,等效热应力稳定在548 MPa左右,熔池底部热应力最大。该研究为减小和消除残余应力提供了有效途径与方法。 展开更多
关键词 碟片激光器 激光熔覆 多场耦合 温度场 速度场 应力场
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考虑多种失效模式相关条件下串联模型机械系统可靠性灵敏度计算方法 被引量：5
2
作者 李昌 高敬翔 +1 位作者 韩兴 宋华 《机械设计》 CSCD 北大核心 2019年第9期84-89,共6页
实现对机械系统服役状态下各类随机参数的可靠性灵敏度分析,可为系统的控型控性设计、延寿设计提供可靠的理论依据,进而实现对系统全周期的动态优化设计。机械系统的失效常常出现多种失效模式。多种失效模式的相关性使得对机械系统的可... 实现对机械系统服役状态下各类随机参数的可靠性灵敏度分析,可为系统的控型控性设计、延寿设计提供可靠的理论依据,进而实现对系统全周期的动态优化设计。机械系统的失效常常出现多种失效模式。多种失效模式的相关性使得对机械系统的可靠性灵敏度分析变得复杂化,如何实现考虑系统部分或全部随机变量对系统所有相关失效模式全方位影响的可靠性灵敏度计算成为瓶颈。根据灵敏度和偏导数的定义,建立了考虑多种失效模式相关条件下串联模型机械系统可靠性灵敏度数学模型,模型中重点考虑了系统部分或全部随机变量对多种相关失效模式的多维影响,同时给出了机械系统可靠度计算方法,建立了对多种相关模式影响下串联模型机械系统可靠性灵敏度计算的有效途径。最后,以明弧焊机为算例,通过ADAMS/View建立其参数化虚拟样机,计算了焊机各类随机误差的可靠性灵敏度。该方法适用于系统参数为任意分布类型,便于程序化操作,结果准确且应用范围广。 展开更多
关键词 串联模型机械系统 可靠性灵敏度 多种相关失效模式 明弧焊机
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基于FTA的高性能滚动轴承失效概率可靠性评估 被引量：4
3
作者 李昌 赵焱 +2 位作者 赵金月 高敬翔 韩兴 《机械设计》 CSCD 北大核心 2018年第S1期65-69,共5页
滚动轴承是旋转机械重要支承件,也是精密机床、高速列车、航空发动机等重大装备的关键核心部件,其性能的好坏直接影响到主机的使役寿命。因此,对高性能滚动轴承失效形式、损伤机理进行相关影响因素分析及可靠性评估具有重要意义。首先... 滚动轴承是旋转机械重要支承件,也是精密机床、高速列车、航空发动机等重大装备的关键核心部件,其性能的好坏直接影响到主机的使役寿命。因此,对高性能滚动轴承失效形式、损伤机理进行相关影响因素分析及可靠性评估具有重要意义。首先建立了高性能滚动轴承故障树模型,定性分析各基本事件的逻辑关系,定量对顶事件发生概率及各基本事件结构重要度进行计算,计算结果表明轴承精度丧失对失效影响最大,而轴承的自身缺陷对其失效影响较小。根据计算结果可以定量化评估滚动轴承各类故障产生的主因,为制订合理的预防和维护措施,预防轴承早期失效提供可靠理论依据。 展开更多
关键词 滚动轴承 失效机理 故障树分析 定量分析 定性分析
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碟片激光器激光淬火功率对45钢组织与性能的影响 被引量：3
4
作者 李昌 于志斌 +2 位作者 高敬翔 李云飞 韩兴 《金属热处理》 CAS CSCD 北大核心 2019年第9期128-134,共7页
基于4000 W碟片激光器,对退火态45钢进行不同激光淬火功率下的激光淬火试验,分析了不同功率参数对退火态45钢显微组织、硬度的影响,将激光淬火和常规热处理下的耐磨性进行了比较。通过扫描电镜、显微硬度计和销盘磨损仪对试样进行分析... 基于4000 W碟片激光器,对退火态45钢进行不同激光淬火功率下的激光淬火试验,分析了不同功率参数对退火态45钢显微组织、硬度的影响,将激光淬火和常规热处理下的耐磨性进行了比较。通过扫描电镜、显微硬度计和销盘磨损仪对试样进行分析。结果表明:完全淬火区为致密细小的针状马氏体和少量残留奥氏体,过渡区中的马氏体逐渐减少,代之为珠光体和铁素体。过渡区沿高斯弧线近似等距分布;随着激光功率减小,淬火区深度和高斯宽度会减小,过渡区厚度增加。完全相变区硬度纵向呈现先减小后增大的小幅波动,过渡区硬度呈递减趋势;淬火区横向硬度分布呈现出光路中心区域硬度最大,远离光路中心向两侧逐渐递减趋势;增加激光功率有利于提高表面硬度横向分布的均匀性。同等条件下碟片激光器激光淬火耐磨性提高明显。 展开更多
关键词 45钢 碟片激光器 激光淬火 微观组织 显微硬度 耐磨性
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物性参数温度变化下激光熔覆多场耦合模拟与实验 被引量：1
5
作者 李昌 于志斌 +2 位作者 高敬翔 李云飞 韩兴 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1258-1270,共13页
激光熔覆存在热-弹性-塑性-流体多场耦合变化,影响对流、传热和传质,同时影响凝固过程。因熔池体积小、温度变化梯度大、具有极强的瞬时性,难以用实验方法动态跟踪并揭示多场耦合演变机理。建立了碟片激光器在45号钢基体熔覆Fe60过程三... 激光熔覆存在热-弹性-塑性-流体多场耦合变化,影响对流、传热和传质,同时影响凝固过程。因熔池体积小、温度变化梯度大、具有极强的瞬时性,难以用实验方法动态跟踪并揭示多场耦合演变机理。建立了碟片激光器在45号钢基体熔覆Fe60过程三维模型,考虑了粉光作用,熔池表面张力、浮力对液态金属流动的影响,熔覆带形状的瞬时变化,以CALPHAD相图计算法得出基体和粉材的温度变化物性参数,计算得出温度场、流速场的分布与演变规律。计算结果表明:模拟预测得出的激光熔覆形态和凝固组织与通过Zeiss-ΣIGMA HD型场发射扫描电镜金相实验结果相吻合。 展开更多
关键词 激光熔覆 多场耦合 温度变化物性参数 碟片激光器
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基于PFM-FEM的多变体马氏体转变过程模拟及模型参数灵敏度分析
6
作者 李昌 高敬翔 +2 位作者 张大成 于志斌 韩兴 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第20期3477-3488,共12页
准确获取马氏体转变过程的微观表象特征是获取材料最佳性能的关键,在材料设计领域具有重要意义。马氏体转变过程受到多种参数的影响,定量分析各参数对马氏体转变影响的敏感程度是准确把握马氏体转变机理的关键。本研究采用相场方法,推... 准确获取马氏体转变过程的微观表象特征是获取材料最佳性能的关键,在材料设计领域具有重要意义。马氏体转变过程受到多种参数的影响,定量分析各参数对马氏体转变影响的敏感程度是准确把握马氏体转变机理的关键。本研究采用相场方法,推导了马氏体由亚稳态向稳态转变的相场方程,采用有限元法对方程进行求解,并将求解结果可视化,分析得到马氏体形核、生长过程中不同位置的序参量变化曲线,揭示了马氏体转变过程的形核长大规律与动态变化特性,在此基础上设计了正交试验表,基于响应面法定量评估了不同参数对马氏体转变的影响与敏感程度。该研究有效解释和确定了马氏体转变规律,实现了对马氏体转变过程的定量评估,为确定马氏体转变规律、获取最优过程参数提供了有效途径,也为提高材料的力学性能奠定了重要的理论基础。 展开更多
关键词 相场法 有限元法 马氏体转变 正交试验 参数灵敏度
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基于相场法的超声振动对激光熔覆多晶凝固行为的影响
7
作者 高敬翔 李昌 +1 位作者 陈正威 韩兴 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期12161-12168,共8页
激光熔覆是新兴的表面强化技术,具有工艺精度高、可控性好、组织细密、热畸变小等特点,在汽车、能源、电子、航空航天等领域得到广泛应用。激光熔覆过程中出现的微裂纹、气孔等微观缺陷严重影响了该技术的推广。超声振动的高频低幅振动... 激光熔覆是新兴的表面强化技术,具有工艺精度高、可控性好、组织细密、热畸变小等特点,在汽车、能源、电子、航空航天等领域得到广泛应用。激光熔覆过程中出现的微裂纹、气孔等微观缺陷严重影响了该技术的推广。超声振动的高频低幅振动可影响熔覆层凝固微观组织,有效减少微观缺陷。本研究基于相场法建立了超声振动下碟片激光器激光熔覆熔池凝固过程的动态模型,通过编程对模型进行求解,揭示了不同振幅下的多晶凝固组织,同时对熔覆凝固行为进行了实验微观表征,二者结论相吻合。研究表明,超声振动可有效细化熔覆层组织结构,促进结晶凝固形核,改变枝晶择优取向。振动不影响主枝晶臂的生长速度,对主枝晶臂宽度、二次枝晶臂的形成、生长速度和竞争生长影响明显。随着超声振幅增大,枝晶臂趋于茂盛,竞争生长明显,间接减少了凝固组织中气孔、裂纹形成,过大的超声振幅不会进一步改变枝晶形貌。该研究为超声振动下激光熔覆实践应用提供理论指导,为精确控制凝固组织提供重要的理论依据。 展开更多
关键词 超声振动 激光熔覆 相场法 碟片激光器 凝固机理
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