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激光金属沉积成形过程中温度场的数值模拟 被引量:18
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作者 龙日升 刘伟军 尚晓峰 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2007年第4期394-396,430,共4页
为了降低成形过程的热应力,根据有限元方法中的"单元生死"技术,利用APDL语言编程实现了对多道多层激光金属沉积成形过程三维温度场的数值模拟,再现了成形过程中温度场的动态变化,得到了成形过程中模型温度场及温度梯度的分布... 为了降低成形过程的热应力,根据有限元方法中的"单元生死"技术,利用APDL语言编程实现了对多道多层激光金属沉积成形过程三维温度场的数值模拟,再现了成形过程中温度场的动态变化,得到了成形过程中模型温度场及温度梯度的分布规律。结果表明,试样同一纵断面上各节点虽然被激活的时间不一样,但它们具有相似的温度变化规律;试样内的温度梯度主要沿z轴方向分布,基板内的温度梯度主要沿平行基板方向分布,具有明显的分层现象,熔池区的温度梯度非常大。在相同的工艺参数下,实际成形试样的扫描电镜照片与模拟结果吻合很好。 展开更多
关键词 激光技术 激光金属沉积成形 瞬态温度场 数值模拟
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钛合金激光直接成形过程中热力耦合场的数值模拟 被引量:20
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作者 孔源 刘伟军 +2 位作者 王越超 卞宏友 赵宇辉 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第24期74-82,共9页
为控制成形过程的热应力,根据有限元法中的生死单元技术,利用ANSYS参数化设计语言编程实现对多道多层激光金属沉积成形过程三维温度场和应力场的数值模拟,并对熔池与粉末、激光与粉末的相互作用进行能量补偿,更加准确地计算成形过程中... 为控制成形过程的热应力,根据有限元法中的生死单元技术,利用ANSYS参数化设计语言编程实现对多道多层激光金属沉积成形过程三维温度场和应力场的数值模拟,并对熔池与粉末、激光与粉末的相互作用进行能量补偿,更加准确地计算成形过程中温度场和应力场的动态变化,得到成形过程中模型温度场、温度梯度、热应力场和残余应力的分布规律。结果表明,成形件不同层上的各节点虽然被激活的时间不一样,但它们具有相似的温度变化规律;试样内的温度梯度主要沿z轴方向分布,熔池区的温度梯度非常大,但其他方向不明显;瞬态热应力集中在温度梯度变化较大的区域,这与热应力形成的机理是一致的;通过对成形件中各方向的残余应力分析,从温度梯度的角度总结各方向残余应力变化规律,侧面验证残余应力的形成机理。通过相同工艺参数下的试验验证,证明上述分析与实际情况是基本吻合的。 展开更多
关键词 激光金属直接成形 数值模拟 瞬态温度场 瞬态应力场 残余应力
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激光金属沉积成形的扫描方式 被引量:15
3
作者 卞宏友 刘伟军 +2 位作者 王天然 尚晓峰 张凯 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第10期170-175,共6页
扫描方式是激光金属沉积成形(Laser metal deposition shaping,LMDS)制造过程中的关键技术,在分析现有扫描方式及其对成形质量和成形效率影响的基础上,指出现有扫描方式的缺陷,并提出一种基于层面轮廓优化单调区分解的分区平行扫描方式... 扫描方式是激光金属沉积成形(Laser metal deposition shaping,LMDS)制造过程中的关键技术,在分析现有扫描方式及其对成形质量和成形效率影响的基础上,指出现有扫描方式的缺陷,并提出一种基于层面轮廓优化单调区分解的分区平行扫描方式。该方式基于极值顶点可见性原理,对分层后的断面轮廓进行去除内环、非单调多边形的单调剖分等处理,可最大限度地减少分区数量,获得若干个单调子区域。针对各单调子区域采用适应性变间距平行路径填充,可减小扫描线的长度,并保证均匀致密性填充。试验表明这种扫描方式能够提高成形效率和成形质量。 展开更多
关键词 激光金属沉积成形 顶点可见性 单调区 分区平行扫描
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激光金属沉积成形过程热应力的数值模拟 被引量:10
4
作者 龙日升 刘伟军 《高技术通讯》 CAS CSCD 北大核心 2007年第2期142-147,共6页
根据有限元分析中的“单元生死”技术,利用APDL编程实现了对多道多层激光金属沉积成形过程热应力的三维数值模拟。模拟采用了Gauss热源模型,并引入了沿长边的平行往复扫描方式。计算结果表明,熔池区域以及试样与基板相邻区域是高热... 根据有限元分析中的“单元生死”技术,利用APDL编程实现了对多道多层激光金属沉积成形过程热应力的三维数值模拟。模拟采用了Gauss热源模型,并引入了沿长边的平行往复扫描方式。计算结果表明,熔池区域以及试样与基板相邻区域是高热应力区,试样内部的热应力较小;试样沿厚度增加方向的热应力在沉积过程中幅值很大并且以拉伸应力为主,是导致试样产生裂缝的主要原因;沉积过程中沉积开始的位置对热应力的分布和强度影响很大,同一沉积层首道各节点热应力值几乎是末道各节点热应力值的一倍。在与模拟过程相同的条件下,实际成形试样裂缝的产生和发展规律与模拟结果相符。 展开更多
关键词 激光金属沉积成形 热应力场 数值模拟
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扫描方式对激光金属沉积成形过程温度的影响 被引量:8
5
作者 龙日升 刘伟军 +1 位作者 邢飞 姜淑娟 《光电子.激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第4期528-531,共4页
根据有限元中的"单元生死"技术,通过APDL(ANSYS Parametric Design Language)编程研究了沿长边平行往复、沿短边平行往复以及层间正交变向平行往复等扫描方式对整个成形过程温度的影响,详细探讨了各种扫描方式下温度的动态分... 根据有限元中的"单元生死"技术,通过APDL(ANSYS Parametric Design Language)编程研究了沿长边平行往复、沿短边平行往复以及层间正交变向平行往复等扫描方式对整个成形过程温度的影响,详细探讨了各种扫描方式下温度的动态分布规律。在相同条件下,利用自行搭建的CCD比色熔池测量系统对成形过程的熔池温度进行采集。结果表明:通过CCD比色测温系统得到不同扫描方式下成形过程熔池区域的最高温度与数值模拟得到的基本相符,熔池区域的温度高低也与数值模拟得到的结果吻合。 展开更多
关键词 激光技术 激光金属沉积成形 扫描方式 数值模拟
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基板预热温度对激光金属沉积成形零件微观组织的影响 被引量:6
6
作者 苏荣华 龙日升 +1 位作者 刘伟军 邢飞 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2009年第3期210-216,共7页
基板预热可以显著降低激光金属沉积成形(laser metal deposition shaping,LMDS)过程的热应力,从而抑制成形过程裂缝的产生,但基板预热温度的高低对成形零件的微观组织有着重要的影响,因此研究不同基板预热温度下激光金属沉积成形零件的... 基板预热可以显著降低激光金属沉积成形(laser metal deposition shaping,LMDS)过程的热应力,从而抑制成形过程裂缝的产生,但基板预热温度的高低对成形零件的微观组织有着重要的影响,因此研究不同基板预热温度下激光金属沉积成形零件的微观组织变化规律对基板预热温度的选择具有非常重要的意义.利用中国科学院沈阳自动化研究所自行研制的激光金属沉积成形系统和基板预热系统,采用Ni60A金属粉末在基板未预热和预热到200,300,400,500和600℃时分别进行成形试验.然后利用扫描电子显微镜和能量散射谱仪对成形试件的微观组织进行深入的研究,得到不同基板预热温度对激光金属沉积成形零件微观组织的影响规律,为基板预热温度的优化选择提供了重要参考. 展开更多
关键词 激光金属沉积成形 基板预热 微观组织 偏析
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Numerical simulation of thermal behavior during laser metal deposition shaping 被引量:6
7
作者 龙日升 刘伟军 +1 位作者 邢飞 王华兵 《中国有色金属学会会刊:英文版》 EI CSCD 2008年第3期691-699,共9页
Abstract: Based on the element life and death theory of finite element analysis(FEA), a three-dimensional multi-track and multi-layer model for laser metal deposition shaping(LMDS) was developed with ANSYS parametric ... Abstract: Based on the element life and death theory of finite element analysis(FEA), a three-dimensional multi-track and multi-layer model for laser metal deposition shaping(LMDS) was developed with ANSYS parametric design language(APDL), and detailed numerical simulations of temperature and thermal stress were conducted. Among those simulations, long-edge parallel reciprocating scanning method was introduced. The distribution regularities of temperature, temperature gradient, Von Mise’s effective stress, X-directional, Y-directional and Z-directional thermal stresses were studied. LMDS experiments were carried out with nickel-based superalloy using the same process parameters as those in simulation. The measured temperatures of molten pool are in accordance with the simulated results. The crack engendering and developing regularities of samples show good agreement with the simulation results. 展开更多
关键词 激光金属沉积 热处理 数字模式 成型方式
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不同基板预热温度对激光金属沉积成形过程温度场的影响 被引量:6
8
作者 苏荣华 刘伟军 龙日升 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2009年第1期44-49,67,共7页
为降低成形过程的热应力,抑制成形过程裂缝的产生,减小成形过程试样和基板的翘曲变形,激光金属沉积成形往往需要进行基板预热,因此研究不同基板预热温度对激光金属沉积成形过程温度场的影响具有非常重要的意义.根据有限元分析中的"... 为降低成形过程的热应力,抑制成形过程裂缝的产生,减小成形过程试样和基板的翘曲变形,激光金属沉积成形往往需要进行基板预热,因此研究不同基板预热温度对激光金属沉积成形过程温度场的影响具有非常重要的意义.根据有限元分析中的"单元生死"技术,利用APDL编程建立了基板预热对激光金属沉积成形过程温度场影响的三维多道多层数值模拟模型,详细分析了基板未预热和分别预热到200,300,400,500,600℃时对沉积成形过程温度场和温度梯度的影响.通过中国科学院沈阳自动化研究所自行研制的激光金属沉积成形系统和基板预热系统,在与模拟过程相同的参数下,利用镍基合金粉末在基板未预热和分别预热到300,400,500,560℃时进行了成形试验,试验结果跟数值模拟结果吻合较好. 展开更多
关键词 激光金属沉积成形 基板预热 温度场 数值模拟
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不同基板预热温度对激光金属沉积成形过程热应力影响的研究 被引量:3
9
作者 苏荣华 刘伟军 龙日升 《制造技术与机床》 CSCD 北大核心 2009年第4期78-83,共6页
研究不同基板预热温度对激光金属沉积成形过程热应力的影响,对于降低成形过程的热应力,抑制成形过程裂缝的产生,减小成形过程试样和基板的翘曲变形具有非常重要的意义。根据有限元分析中的"单元生死"技术,编程建立了基板预热... 研究不同基板预热温度对激光金属沉积成形过程热应力的影响,对于降低成形过程的热应力,抑制成形过程裂缝的产生,减小成形过程试样和基板的翘曲变形具有非常重要的意义。根据有限元分析中的"单元生死"技术,编程建立了基板预热对激光金属沉积成形过程热应力影响的三维多道多层数值模拟模型,详细分析了基板未预热和分别预热到200℃、300℃、400℃、500℃、600℃时对沉积成形过程VonMise’s热应力、X方向、Y方向以及Z方向热应力的影响。在与模拟过程相同的参数下,利用镍基合金粉末分别在基板未预热和分别预热到300℃、400℃、500℃、600℃时进行了成形试验,试验的结果跟数值模拟结果吻合较好。 展开更多
关键词 激光金属沉积成形 基板预热 热行为 有限元 数值模拟
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激光金属沉积成形基板预热的研究 被引量:2
10
作者 孙少妮 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2008年第6期608-610,共3页
为了降低激光金属沉积成形过程中试样和基板间的温度梯度,减小和抑制成形过程的热应力,提高试样的成形质量,提出并设计了一种用于激光金属沉积成形的基板预热系统。该系统由基板预热器、智能比例微分积分控制器以及计算机串口温度采集... 为了降低激光金属沉积成形过程中试样和基板间的温度梯度,减小和抑制成形过程的热应力,提高试样的成形质量,提出并设计了一种用于激光金属沉积成形的基板预热系统。该系统由基板预热器、智能比例微分积分控制器以及计算机串口温度采集反馈控制等3部分组成。利用自行研制的激光金属沉积成形设备和基板预热系统进行了成形实验。实验结果表明,基板预热可以改善试样的成形质量,降低成形过程的热应力。 展开更多
关键词 激光技术 激光金属沉积成形 基板预热 热应力 成形质量
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激光金属沉积成形中焦点位置不重合研究 被引量:1
11
作者 田凤杰 尚晓峰 韩辉 《制造技术与机床》 北大核心 2015年第3期26-29,共4页
为了研究在激光金属沉积成形过程中激光光束焦点与粉末汇聚焦点位置不重合对成形质量的影响,进行了激光金属沉积成形中焦点位置不重合的试验研究。分别进行了单道单层、多道三层、单道薄壁和环形薄壁件的激光沉积成形试验,对零件的形状... 为了研究在激光金属沉积成形过程中激光光束焦点与粉末汇聚焦点位置不重合对成形质量的影响,进行了激光金属沉积成形中焦点位置不重合的试验研究。分别进行了单道单层、多道三层、单道薄壁和环形薄壁件的激光沉积成形试验,对零件的形状、尺寸和表面质量进行了分析与检测,阐明了由于焦点位置不重合造成的尺寸误差和形貌缺陷等原因,并提出了一种检测焦点位置不重合的方法。结果表明,焦点位置的不重合直接影响零件的成形质量,并且呈现一定的规律性;检测方法可以很好地检测焦点位置不重合的方向性和角度,用于指导焦点位置重合的调整。 展开更多
关键词 激光成形 焦点位置 不重合 成形质量
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基于VC++的激光金属沉积成形过程温度采集
12
作者 龙安国 《电子工程师》 2008年第1期26-29,共4页
为了深入了解并控制成形过程中的温度分布,给出了激光金属沉积成形温度测量和采集系统的硬件组成以及标准串口通信软件设计流程图,通过在基材中预埋热电偶的方法,基于VC++,利用RS-232/RS-485和Win32 API函数实现了对激光金属沉积成形过... 为了深入了解并控制成形过程中的温度分布,给出了激光金属沉积成形温度测量和采集系统的硬件组成以及标准串口通信软件设计流程图,通过在基材中预埋热电偶的方法,基于VC++,利用RS-232/RS-485和Win32 API函数实现了对激光金属沉积成形过程的温度采集。结果表明,通过该系统可以得到成形过程中基板内特定点的温度变化曲线,反映了成形过程成形零件的温度分布规律,从而为数值模拟提供边界条件和实验验证,具有一定的实际运用价值。 展开更多
关键词 激光技术 激光金属沉积成形 温度采集 RS-232/RS-485
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激光金属沉积成形基板预热温度的控制
13
作者 孙少妮 龙日升 《机械设计与制造》 北大核心 2008年第10期120-122,共3页
为了降低激光金属沉积成形过程中试样和基板间的温度梯度,减小和抑制成形过程的热应力,提高试样的成形质量,提出并设计了一种用于激光金属沉积成形的基板预热系统。其中基板预热温度的控制由智能比例微分积分控制器以及计算机串口温度... 为了降低激光金属沉积成形过程中试样和基板间的温度梯度,减小和抑制成形过程的热应力,提高试样的成形质量,提出并设计了一种用于激光金属沉积成形的基板预热系统。其中基板预热温度的控制由智能比例微分积分控制器以及计算机串口温度采集反馈控制来完成。利用自行研制的激光金属沉积成形设备和基板预热系统进行了成形实验,实验结果表明该基板预热系统温度控制良好,可以满足实际应用的需要。 展开更多
关键词 激光技术 激光金属沉积成形 基板预热 热应力 温度控制
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基板预热对激光金属沉积成形过程热应力的影响 被引量:23
14
作者 龙日升 刘伟军 +2 位作者 邢飞 王华兵 卞宏友 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第10期241-247,共7页
为降低沉积过程的热应力,抑制成形过程中裂缝的产生,研究基板预热对激光金属沉积成形(Laser metal deposition shaping,LMDS)过程热应力的影响具有非常重要的意义。根据有限元分析中的'单元生死'思想,利用APDL(ANSYS parametric... 为降低沉积过程的热应力,抑制成形过程中裂缝的产生,研究基板预热对激光金属沉积成形(Laser metal deposition shaping,LMDS)过程热应力的影响具有非常重要的意义。根据有限元分析中的'单元生死'思想,利用APDL(ANSYS parametric design language)编程建立多道多层激光金属沉积成形过程的数值模拟模型,深入探讨基板未预热和预热到400℃时对成形过程热应力的影响。计算结果表明,基板预热到400℃可以显著降低成形过程中试样的热应力变化波动性,试样的Von Mises热应力最大值可降低10%左右,其中x方向热应力最大值可降低8.5%左右,z方向热应力最大值可降低8.1%左右。在与模拟过程相同的条件下,利用自行研制的激光金属沉积成形设备进行了成形试验,成形试验的结果与模拟结果基本吻合。 展开更多
关键词 激光金属沉积成形 基板预热 热应力 数值模拟
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扫描方式对激光金属沉积成形过程热应力的影响 被引量:24
15
作者 龙日升 刘伟军 +1 位作者 卞宏友 邢飞 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第11期74-81,共8页
为改善金属试样的成形质量,降低沉积过程的热应力,研究不同扫描方式下激光金属沉积成形过程中热应力的动态分布规律具有非常重要的意义。根据有限元中的'单元生死'技术,通过ANSYS参数化设计语言(ANSYS parametric design langua... 为改善金属试样的成形质量,降低沉积过程的热应力,研究不同扫描方式下激光金属沉积成形过程中热应力的动态分布规律具有非常重要的意义。根据有限元中的'单元生死'技术,通过ANSYS参数化设计语言(ANSYS parametric design language,APDL)编程研究了沿长边平行往复、沿短边平行往复以及层间正交变向平行往复等填充扫描方式对整个成形过程热应力的影响,详细探讨了各种扫描方式下Von Mises热应力、x方向热应力、y方向热应力以及z方向热应力的动态分布规律,并分析热应力产生和分布的原因。在与模拟过程相同的条件下,实际成形试验所得结果与模拟结果吻合较好。 展开更多
关键词 激光金属沉积成形 扫描方式 热应力 数值模拟
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扫描方式对激光直接成形过程中热力耦合场与残余应力分布的影响 被引量:5
16
作者 孔源 刘伟军 +2 位作者 王越超 赵宇辉 来佑彬 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2012年第5期129-137,共9页
利用有限元中的"单元生死"技术,通过ANSYS参数化设计语言(APDL)编程研究了长边扫描、短边扫描以及交错扫描方式对成形过程的热力耦合场以及残余应力分布的影响,并详细分析了各种扫描方式下,所选节点温度和热应力随时间的变化... 利用有限元中的"单元生死"技术,通过ANSYS参数化设计语言(APDL)编程研究了长边扫描、短边扫描以及交错扫描方式对成形过程的热力耦合场以及残余应力分布的影响,并详细分析了各种扫描方式下,所选节点温度和热应力随时间的变化规律及残余应力沿各方向的分布规律。在与模拟过程相同条件下,实际成形实验所得结果与模拟结果吻合较好。 展开更多
关键词 激光技术 激光金属直接成形 扫描方式 热力耦合场 残余应力
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快速成形自适应扫描路径的研究与实现 被引量:2
17
作者 卞宏友 刘伟军 王天然 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第z1期486-488,共3页
结合激光金属沉积成形工艺和现有平行扫描路径生成方法分析了局部过熔覆或欠熔覆问题的根本成因。提出了一种自适应扫描路径生成方法,首先采用特征点和特征边识别的适应性扫描间距生成扫描填充线;然后提出基于待定过渡线中点和特征边位... 结合激光金属沉积成形工艺和现有平行扫描路径生成方法分析了局部过熔覆或欠熔覆问题的根本成因。提出了一种自适应扫描路径生成方法,首先采用特征点和特征边识别的适应性扫描间距生成扫描填充线;然后提出基于待定过渡线中点和特征边位置关系判断来优化连接填充矢量生成扫描路径。应用表明,自适应扫描路径有利于成形质量的提高。 展开更多
关键词 激光金属沉积成形 扫描间距误差 适应性扫描间距 分组扫描
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