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2015年激光深熔焊中熔池与小孔的动态行为仿真研究

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简介：
本研究聚焦于2015年的激光深熔焊接技术，深入探讨了在该工艺中的熔池及小孔形成机制，并通过计算机仿真分析其动态变化过程。 为了准确模拟激光深熔焊接中小孔的动态变化过程，根据小孔内激光的能量吸收机制，采用Particle Level Set方法及有限差分模型中的光线追踪法来描述小孔对激光能量的吸收作用，并建立了三维数值模型以描述激光深熔焊接过程中熔池和小孔瞬态演化的动态行为。该模型考虑了菲涅耳吸收、蒸发潜热、凝固/熔化潜热以及液态金属在熔池内的耦合对流传热等物理因素，还涵盖了反冲压力、表面张力及热毛细力等力学因素的影响。通过数值模拟30CrMnSiA钢的激光焊接过程，获得了动态焊接过程中小孔深度的变化规律和形貌特征以及能量变化情况。

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  • 2015年激光深熔焊中熔池与小孔的动态行为仿真研究
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    本研究聚焦于2015年的激光深熔焊接技术，深入探讨了在该工艺中的熔池及小孔形成机制，并通过计算机仿真分析其动态变化过程。 为了准确模拟激光深熔焊接中小孔的动态变化过程，根据小孔内激光的能量吸收机制，采用Particle Level Set方法及有限差分模型中的光线追踪法来描述小孔对激光能量的吸收作用，并建立了三维数值模型以描述激光深熔焊接过程中熔池和小孔瞬态演化的动态行为。该模型考虑了菲涅耳吸收、蒸发潜热、凝固/熔化潜热以及液态金属在熔池内的耦合对流传热等物理因素，还涵盖了反冲压力、表面张力及热毛细力等力学因素的影响。通过数值模拟30CrMnSiA钢的激光焊接过程，获得了动态焊接过程中小孔深度的变化规律和形貌特征以及能量变化情况。
     
  • 激光深熔焊接过程中熔池的三维动态行为数值仿真
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    本研究运用数值仿真技术，深入探讨了激光深熔焊接过程中的熔池动态变化规律，构建了三维模型以精确模拟并分析其复杂行为。 通过考虑熔池蒸汽反冲压力、表面张力及热浮力等因素，并结合内部与外部的对流和辐射过程，我们采用沿深度方向衰减的旋转高斯体热源来简化激光在熔池中的吸收情况。同时使用流体体积法追踪气液界面变化，利用液相体积分数法处理熔化凝固潜热以及焓-孔隙度法处理液固糊状区的动量损失，建立了一个描述不锈钢激光深熔焊接过程中熔池三维瞬态行为的数学模型。 通过这个模型，我们获得了不锈钢激光深熔焊接过程中的温度场和流场变化情况。计算结果显示，在整个焊接期间内，熔池最高温度经历了线性增长、趋于平稳以及小幅振荡三个阶段；小孔在焊接时呈现前倾与后倾两种姿态，并且表现出周期性的振荡行为。 实验结果表明，模型预测的熔池形状及焊缝横截面与实际观测数据基本一致。此外，计算得到的小孔振荡行为也得到了相关文献中实验结果的支持和验证。
     
  • 深熔激光焊接中熔池温度场的数值模拟研究 (2008年)
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    本文通过对深熔激光焊接过程中的熔池进行数值模拟，分析了焊接过程中温度场的变化情况。研究基于2008年的实验数据，为改进焊接工艺提供了理论依据。 通过采用旋转GAUSS曲面体新型热源模型，并忽略深熔激光焊接过程中小孔对传热的影响，我们构建了在移动激光热源作用下的三维数学模型。利用PHOENICS3.4软件进行了模拟实验，研究了SUS304不锈钢的深熔激光焊接过程中的温度场以及熔池形状的变化情况。结果表明，在不同的焊接速度下可以得到相应的温度分布云图和“钉头”状的熔池形态，并且数值模拟的结果与实际试验数据基本一致。
     
  • 大功率光纤激光焊接中工艺参数对熔深及气孔影响的研究
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    本研究探讨了大功率光纤激光焊接过程中不同工艺参数对焊缝熔深和气孔形成的影响规律，旨在优化焊接质量。 采用7 kW光纤激光器进行研究发现，在未熔透的光纤激光焊接过程中，工艺参数对焊缝熔深及气孔的影响显著。小孔深度与熔深之间存在对应关系，并且通过使用三角波脉冲功率调制技术可以有效抑制小孔型气孔的产生。研究表明，随着焊接速度增加，焊缝熔深深度减小但同时降低了气孔倾向。当焦点位置位于工件表面（离焦量为0）时，焊缝熔深和气孔倾向达到最大值；而焦点偏离工件表面则会使两者数值减少。 在20至125赫兹的频率范围内进行三角波功率调制能够有效降低光纤激光焊接中的小孔型气孔产生几率，并且最佳频率为60赫兹。通过X射线透射成像系统分析发现，脉冲功率调节提高了小孔稳定性从而减少了气孔倾向。
     
  • 激光熔覆粉末沉积的COMSOL仿真：热行为及流体流动分析，经典再现激光熔覆技术中的仿真模拟与热行为研究
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    本研究通过COMSOL软件对激光熔覆过程进行仿真，重点分析了粉末沉积时的热效应和流体动力学特性，重现并深入探讨了该工艺中的关键热行为。 激光熔覆仿真模拟：探究熔池流动与热行为影响 在激光熔覆粉末沉积过程中，由于快速的熔化凝固以及不同比例的粉末混合，导致了复杂的流体流动现象。这些复杂的现象对最终材料的凝固组织和性能有着显著的影响。 通过建立三维数值模型来模拟316L钢上的激光熔覆过程中的传热、流体流动及凝固行为，可以深入理解这一技术背后的物理机制，并优化工艺参数以提高制造质量。
     
  • COMSOL 激光打孔熔池模拟：模型与视频教程，适用于激光研究和工程专业人士
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    本课程提供COMSOL软件在激光打孔过程中的熔池模拟详细指导，包括建模技巧及案例分析，旨在帮助激光技术领域的研究人员与工程师深化理解并优化设计。 名称：激光打孔熔池 适用人群：激光研究人员、工程师 服务内容：提供模型及视频教程
     
  • 非水平熔池中激光内送粉变姿态熔覆流场的数值模拟-论文
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    本文通过数值模拟研究了非水平熔池中激光内送粉变姿态熔覆时的流场特性，旨在优化加工工艺参数。 ### 激光内送粉变姿态熔覆非水平熔池流场的数值模拟 #### 研究背景与意义 本研究针对激光内送粉变姿态熔覆技术中的非水平熔池流场进行了深入探讨。作为一种重要的表面改性技术，激光熔覆在材料修复、再制造领域具有广泛的应用前景。然而，在实际应用过程中，由于工件形状的复杂性和安装位置限制，往往难以将待处理表面调整至水平状态。因此，如何确保非水平状态下良好的成形质量成为亟需解决的问题。 #### 主要研究内容 1. **喷嘴流场模拟与粉末分布规律** - 利用FLUENT软件中的离散相模型(DPM)对喷嘴流场进行模拟，以了解粉末在熔池内的分布规律。 - 粉末频次分布显示了“中间均匀、两端密集”的特点，这一发现对于优化粉末分布至关重要。 2. **熔池流场计算** - 采用流体体积法(VOF)耦合熔化凝固模型来模拟熔池内部的流动情况。 - 引入质量源项和能量源项分别表示同步送粉过程与激光热输入，以准确描述实际工艺流程。 - 对不同姿态角度（30°、60°及90°）下的流场进行数值计算，分析其变化特性。 3. **熔池流场特征分析** - 熔池内的流动呈现“双环流”特点：从中心向边缘的流向会因重力影响发生偏转。 - 随姿态角度增加，熔池中心处的偏转角分别约为2°、4°和6°。 - 倾斜程度提高导致熔覆层高度上升而宽度减小，顶点位置也相应移动。 4. **实验验证** - 通过激光内送粉工艺进行实际测定以检验数值模拟结果准确性。 - 实验数据与模型预测相符，证明了该方法的有效性。 #### 技术难点与解决方案 - 非水平状态下熔池流动特性分析：调整参数并考虑重力作用影响，实现对非水平熔池流场特性的准确模拟； - 同步送粉和激光加热过程耦合：通过引入质量源项和能量源项来模拟粉末添加及热输入。 #### 结论与展望 1. **研究结论**： - Marangoni应力导致了“双环流”分布特征，即熔池内从中心向边缘的流动； - 熔池流动方向受重力影响而偏转； - 基板倾斜角度增加时，熔覆层高度上升、宽度减小且顶点位置移动。 2. **未来研究方向**： - 进一步优化粉末分布规律以提高成形质量。 - 探索复杂工件形状和安装条件下熔覆层的性能表现； - 开展更大规模的实际应用测试验证该技术在工业生产中的可行性。 本研究表明，通过数值模拟揭示了激光内送粉变姿态熔覆非水平基面下流场的关键特征及其随角度变化的影响机制。这不仅为提高复杂工件表面成形质量提供了理论基础和技术指导，也对推动这一技术的实际应用具有重要意义。
     
  • Fluent激光熔覆实例剖析：增材制造及流体仿真的应用研究
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    本文深入探讨了激光熔覆技术在增材制造中的应用，并通过详细的案例分析和流体仿真研究，展示了其在材料表面改性、修复和高性能部件制造方面的优势与潜力。 Fluent激光熔覆案例解析：增材制造与流体仿真技术的实践与探索 本段落将探讨Fluent激光熔覆案例在增材制造领域的应用，并分析其相关的流体仿真技术和质量源问题。 关键词： - Fluent激光熔覆案例 - 增材制造 - 流体仿真 - 质量源 随着制造业的发展，增材制造技术逐渐成为主流。Fluent激光熔覆作为其中的一种重要方法，在提高材料性能和延长零件使用寿命方面具有独特的优势。本段落将通过具体实例解析如何利用Fluent软件进行激光熔覆模拟，并深入探讨流体仿真在这一过程中的作用。 此外，我们还将关注质量源问题，即影响最终产品质量的因素分析与改进措施研究。通过对这些方面的细致讨论，希望能够为相关领域的研究人员提供有价值的参考信息和技术支持。
     
  • 激光熔覆技术的COMSOL仿真研究：双椭球热源模型与材料热物性的瞬态流场分析
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    本研究运用COMSOL软件对激光熔覆工艺进行仿真模拟，重点探讨了双椭球热源模型及其在不同材料热物性条件下的瞬态流场变化规律。 本段落研究了激光熔覆技术的数值模拟方法，并采用COMSOL仿真软件进行双椭球热源模型下的计算分析。该研究考虑材料的热物性参数、相变特性以及马兰戈尼效应，同时应用布辛涅斯克近似来处理流体动力学问题。通过动网格技术对熔覆层进行了模拟，并详细探讨了瞬态温度场和流场的变化规律。 关键词：激光熔覆; 数值模拟; COMSOL仿真; 双椭球热源模型; 材料热物性参数; 相变; 马兰戈尼效应; 布辛涅斯克近似; 动网格模拟; 瞬态温度场；流场