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激光熔覆316L的熔池温度场有限元仿真研究
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作者 陶林 韩凤兵 +1 位作者 温雪龙 赵元 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第6期140-145,150,共7页
这里建立了激光熔覆仿真模型,利用“生死单元”法,对送粉式激光熔覆过程中的温度场变化进行仿真分析,研究激光熔覆过程中的温度变化规律,对比分析正交实验所得熔深数据与激光熔覆温度场仿真结果。实验结果表明:熔覆初始阶段,热影响区小... 这里建立了激光熔覆仿真模型,利用“生死单元”法,对送粉式激光熔覆过程中的温度场变化进行仿真分析,研究激光熔覆过程中的温度变化规律,对比分析正交实验所得熔深数据与激光熔覆温度场仿真结果。实验结果表明:熔覆初始阶段,热影响区小且温度偏低,随后过渡到熔池状态相对平稳的时期。此时,熔池前端的等温线分布紧密而尾部分布疏散,相应的温度梯度也逐渐降低。伴随熔覆层数递增,温度呈直线上升态势,热影响区域持续拓展,熔池的规模也不断变大,与实际熔覆过程相符,证明了该仿真模型的有效性与可靠性。为激光熔覆技术制备316L提供可靠依据。 展开更多
关键词 激光熔覆 温度场 熔池 有限元仿真
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激光粉末床熔融WC-12Co硬质合金温度场模拟 被引量:1
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作者 牛玉玲 李晓峰 +3 位作者 赵宇霞 张利 刘斌 白培康 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期50-59,共10页
结合有限元软件ANSYS建立三维有限元热模型,利用APDL命令及生死单元方法实现对高斯热源的施加和WC-12Co硬质合金打印过程的模拟,得到WC-12Co硬质合金在激光粉末床熔融(LPBF)成形过程中的温度场分布,研究不同工艺参数(激光功率、扫描速度... 结合有限元软件ANSYS建立三维有限元热模型,利用APDL命令及生死单元方法实现对高斯热源的施加和WC-12Co硬质合金打印过程的模拟,得到WC-12Co硬质合金在激光粉末床熔融(LPBF)成形过程中的温度场分布,研究不同工艺参数(激光功率、扫描速度)对温度场分布及熔池特征的影响。结果表明:WC-12Co硬质合金在LPBF过程成形时,利用有限元能够有效模拟其成形过程。位于热源前部的等温线比尾部更为密集,温度梯度更大;而扫描路径终端边缘处熔池中心的温度最高。随着激光功率的增大和扫描速度的减小,熔池宽度、深度和长度均相应增大。通过相关实验分析不同工艺参数对晶粒尺寸的影响,发现晶粒尺寸随扫描速度的增加而减小,随激光功率的增加而增大;但过高的激光功率会引起一定的热裂纹现象发生。 展开更多
关键词 激光粉末床熔融 WC-12CO 有限元 温度场 熔池尺寸
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激光粉末床熔融温度场模拟研究 被引量:1
3
作者 王岩 刘雨萌 +4 位作者 刘世锋 刘江伟 魏瑛康 王建勇 张亮亮 《中国材料进展》 CAS CSCD 北大核心 2024年第11期1035-1042,共8页
激光粉末床熔融具有不受结构限制、近净成形和效率高等优点,广泛应用于航空航天、医疗以及核电领域。其成形过程中涉及多种复杂的且对构件质量有较大影响的物理现象,对材料加工参数的探索建立在高成本和低效率的大量的试错实验上。为了... 激光粉末床熔融具有不受结构限制、近净成形和效率高等优点,广泛应用于航空航天、医疗以及核电领域。其成形过程中涉及多种复杂的且对构件质量有较大影响的物理现象,对材料加工参数的探索建立在高成本和低效率的大量的试错实验上。为了解决上述问题,提出了一种介观尺度物理模型,联合使用EDEM、Gambit以及FLOW-3D软件对激光粉末床熔融成形过程中离散粉末床和粉末熔融进行介观尺度温度场模拟,探究扫描速率对温度场的影响规律、熔池形貌和尺寸的影响,阐明了温度场演变规律。结果表明:激光功率P=215 W下,扫描速率V=900 mm·s^(-1)为最优工艺参数,熔道较为平直均匀,颈缩和球化缺陷最不明显,成形过程中未发生飞溅和过熔等对构件质量产生不利影响的现象。采用实验对模型进行验证,得到了良好的一致性。模拟结果可为激光粉末床熔融成形过程中工艺参数的探索提供一定的理论支撑。 展开更多
关键词 激光粉末床熔融 介观尺度 数值模拟 温度场 熔池尺寸
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扫描速度对激光选区熔化Ti6Al4V熔池流动行为的影响 被引量:1
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作者 薛九天 曾超 黄芳 《兵器材料科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期15-22,共8页
为了研究Ti6Al4V钛合金激光选区熔化制造过程的熔池演变特征及流动行为,采用数值分析方法讨论了扫描速率对熔化温度及流场的影响。结果表明:熔池大小和熔池存在的时间随扫描速度增大而减小,当扫描速度较低时熔池的后部固/液相界面极易... 为了研究Ti6Al4V钛合金激光选区熔化制造过程的熔池演变特征及流动行为,采用数值分析方法讨论了扫描速率对熔化温度及流场的影响。结果表明:熔池大小和熔池存在的时间随扫描速度增大而减小,当扫描速度较低时熔池的后部固/液相界面极易形成波浪状突变。对于500 W激光功率,当扫描速度为0.004 m/s时熔池最大流动速度约为0.42 m/s。随扫描速度的增大,熔池流速呈近似线性减小。这可能是扫描速度减小使柱状晶向等轴晶转变的原因。 展开更多
关键词 激光选区熔化 数值分析 扫描速度 温度场 熔池演变 TI6AL4V
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激光熔凝温度场的数值计算 被引量:8
5
作者 刘振侠 黄卫东 +1 位作者 杨森 刘建睿 《西北大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2001年第3期199-202,共4页
利用激光圆形光斑对称性的特点 ,建立了激光表面快速熔凝条件下温度场的二维数值模型。边界条件用点源模型推导 ,同时采用 SIMPLE算法进行计算。在保证精度的条件下简化了计算 (相对于三维 )。计算结果与实验结果吻合良好 ,表明这种算... 利用激光圆形光斑对称性的特点 ,建立了激光表面快速熔凝条件下温度场的二维数值模型。边界条件用点源模型推导 ,同时采用 SIMPLE算法进行计算。在保证精度的条件下简化了计算 (相对于三维 )。计算结果与实验结果吻合良好 ,表明这种算法在一定条件下能够准确地反映激光表面熔凝过程中 ,熔池纵截面的温度场信息及激光重熔过程中生长界面的形态。 展开更多
关键词 激光熔凝 熔池 温度场 点源法 数值计算 SIMPLE算法 凝固组织
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GH4169镍基合金短电弧加工温度场数值模拟 被引量:9
6
作者 李雪芝 周建平 +2 位作者 王恪典 许燕 吴天博 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期30-36,116,共8页
以镍基合金GH4169为研究对象,开展了短电弧铣削过程的数值模拟研究。通过选用合适的高斯面热源、体热源以及热边界条件,建立了GH4169镍基合金短电弧加工温度场的数学模型,得到了短电弧铣削过程熔池形成、温度等值线及温度场分布规律。... 以镍基合金GH4169为研究对象,开展了短电弧铣削过程的数值模拟研究。通过选用合适的高斯面热源、体热源以及热边界条件,建立了GH4169镍基合金短电弧加工温度场的数学模型,得到了短电弧铣削过程熔池形成、温度等值线及温度场分布规律。由温度等值线确定了短电弧放电通道与基体材料形成的3个区域(气化区、熔融凝固区、热影响区)。同时,在相同工艺参数下进行短电弧铣削工艺试验,利用红外热成像仪监测整个加工过程。通过FLIR R&D Software处理热成像仪监测数据,并获取三节点的热循环曲线,其温度变化趋势与仿真结果吻合较好,由温度成像云图观测放电通道与基体形成的各区域范围与温度等值线基本吻合,验证了所建立模型的正确性,为短电弧铣削加工过程中去除特性、表面质量、微观形貌等基础问题提供理论依据。 展开更多
关键词 镍基合金 短电弧 铣削加工 熔池 温度场
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深熔激光焊接熔池温度场的数值模拟 被引量:10
7
作者 张瑞华 樊丁 片山聖二 《机械工程材料》 CAS CSCD 北大核心 2007年第2期71-74,共4页
利用旋转Gauss曲面体新型热源模型,忽略深熔激光焊时小孔对传热的影响,建立了移动激光热源作用下的三维数学模型。利用PHOENICS3.4软件,模拟了SUS304不锈钢深熔激光焊接热过程的温度场和熔池熔合线形状,得到了不同焊接速度下的温度场... 利用旋转Gauss曲面体新型热源模型,忽略深熔激光焊时小孔对传热的影响,建立了移动激光热源作用下的三维数学模型。利用PHOENICS3.4软件,模拟了SUS304不锈钢深熔激光焊接热过程的温度场和熔池熔合线形状,得到了不同焊接速度下的温度场分布云图和“钉头”状的熔池形状。数值模拟结果与试验结果基本吻合。 展开更多
关键词 激光焊接 熔池 温度场 数值模拟
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激光再制造过程熔池温度场的数值模拟 被引量:6
8
作者 李会山 杨洗陈 +1 位作者 王云山 唐英 《天津工业大学学报》 CAS 2003年第5期9-12,共4页
建立简化二维非稳态温度场数值模型,采用有限元方法及ANSYS软件求解温度场分布,模拟了一个平板试验件激光再制造过程,其计算结果与文献提供数据比较误差较小,可以采用此计算方法提供的初始温度值和非接触测量温度变化量来控制工艺参数.
关键词 激光熔敷 熔池 温度场 数值模拟 激光再制造
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铸铁表面激光熔凝行为及温度场数值模拟 被引量:6
9
作者 伊鹏 刘衍聪 +1 位作者 石永军 姜浩 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期81-84,117,共4页
为明确铸铁表面激光熔凝过程的热响应规律,考虑随温度变化的材料热物性参数和相变潜热影响,建立铸铁表面激光动态熔凝的三维数值模型并进行了验证,预测值与试验值吻合良好,采用该模型分析了热响应温度场规律及不同工艺参数的映射关系.... 为明确铸铁表面激光熔凝过程的热响应规律,考虑随温度变化的材料热物性参数和相变潜热影响,建立铸铁表面激光动态熔凝的三维数值模型并进行了验证,预测值与试验值吻合良好,采用该模型分析了热响应温度场规律及不同工艺参数的映射关系.结果表明,铸铁表面激光熔凝较钢材可获得更大的熔透深度,熔池内、外形成较大温度梯度且分别以深、宽方向分量为主,降低扫描速度和减小光斑尺寸可以获得更大的温度梯度;熔池尺寸随扫描速度和光斑半径的增大而减小,提高激光扫描速度并减小光斑尺寸可以增大凝固相变速度. 展开更多
关键词 激光熔凝 铸铁 数值模拟 瞬态温度场 熔池
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激光再制造熔池温度场检测与控制方案研究 被引量:6
10
作者 雷剑波 杨洗陈 +1 位作者 王云山 李会山 《天津工业大学学报》 CAS 2003年第5期56-58,共3页
为实时检测与控制激光再制造熔池温度场,提出了一套新型CCD红外图像比色测温与反馈系统模型.此系统模型采用单镜头采集两种波长的激光熔池温度场红外图像,CCD摄像机接收热辐射信号,将得到的信息传输到计算机进行处理,得到激光熔池温度... 为实时检测与控制激光再制造熔池温度场,提出了一套新型CCD红外图像比色测温与反馈系统模型.此系统模型采用单镜头采集两种波长的激光熔池温度场红外图像,CCD摄像机接收热辐射信号,将得到的信息传输到计算机进行处理,得到激光熔池温度场分布数据,根据这些数据可以进行激光加工控制. 展开更多
关键词 激光再制造 熔池温度场 自动控制
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第二相氧化物对银基触头材料熔池影响的模拟分析 被引量:6
11
作者 徐坚 熊惟皓 +1 位作者 傅江华 李震彪 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第7期1323-1329,共7页
采用有限体积法计算电弧作用下AgMeO触头材料温度场,深入分析第二相MeO颗粒的密度、比热容、热导率、分解温度和分解焓等物性参数对熔池接触面积的影响,详细说明MeO含量(体积分数)对熔池接触面积和熔焊力的影响,着重讨论电弧输入触头的... 采用有限体积法计算电弧作用下AgMeO触头材料温度场,深入分析第二相MeO颗粒的密度、比热容、热导率、分解温度和分解焓等物性参数对熔池接触面积的影响,详细说明MeO含量(体积分数)对熔池接触面积和熔焊力的影响,着重讨论电弧输入触头的能量、燃弧时间和燃弧半径对熔池接触面积的影响。结果表明:与第二相MeO的密度、热导率及体积分数等物性参数对熔池接触面积的影响相比,电弧输入能量的影响才是最主要的。 展开更多
关键词 银一氧化物触头 温度场 电弧参数 氧化物性质 熔池接触面积
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厚板焊接温度场解析解分析 被引量:4
12
作者 王晓军 刘天佐 +1 位作者 夏天东 赵文军 《兰州理工大学学报》 CAS 北大核心 2007年第4期27-30,共4页
分析讨论厚板焊接时准稳定温度场的解析解,通过实例,应用工具软件Origin和Mathematica精确计算焊缝熔池的外形尺寸,作图表示焊接接头不同截面、不同位置的温度分布和等温线分布.整个过程简单明了,没有数值计算的繁琐,可以为厚板焊接接... 分析讨论厚板焊接时准稳定温度场的解析解,通过实例,应用工具软件Origin和Mathematica精确计算焊缝熔池的外形尺寸,作图表示焊接接头不同截面、不同位置的温度分布和等温线分布.整个过程简单明了,没有数值计算的繁琐,可以为厚板焊接接头的温度场计算和焊缝熔池尺寸的计算提供快捷方法. 展开更多
关键词 焊接温度场 解析解 熔池尺寸
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表面张力对激光深熔焊熔池流动的影响 被引量:6
13
作者 李俐群 郝雨 彭进 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期13-19,161,共8页
为研究激光深熔焊中表面张力对熔池流动行为及熔池形貌的影响,获得活性剂对Q235低碳钢和304L不锈钢焊缝截面形貌的影响规律.基于有限元计算软件Fluent,计算分析了激光深熔焊时表面张力在改变熔池流动行为中的重要作用.结果表明,未添加... 为研究激光深熔焊中表面张力对熔池流动行为及熔池形貌的影响,获得活性剂对Q235低碳钢和304L不锈钢焊缝截面形貌的影响规律.基于有限元计算软件Fluent,计算分析了激光深熔焊时表面张力在改变熔池流动行为中的重要作用.结果表明,未添加活性剂焊接时,熔池液态金属的表面张力温度系数为负,熔池表面熔融金属以匙孔为中心由内向外流动,焊缝横截面形貌宽且浅.添加活性剂焊接后,表面张力温度系数为正值,在熔池表面形成了由外向内的反向流动,形成了窄且深的焊缝形貌.随表面张力温度系数绝对值的增大,表面张力变大,流体流动速度增大. 展开更多
关键词 激光深熔焊 表面张力 熔池流动 表面张力温度系数 活性剂
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熔池尺寸对在役焊接烧穿失稳的影响 被引量:5
14
作者 贾鹏宇 韩涛 王勇 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第8期35-37,114-115,共3页
采用大型通用有限元分析软件ANSYS,计算不同的熔池在特定温度场下,径向变形随压力的变化规律,来探究不同熔池尺寸对在役焊接烧穿失稳的影响.结果表明,对于某一特定熔池尺寸,温度场维持不变时,当管壁受压力较小时,内壁温度最高点的变形... 采用大型通用有限元分析软件ANSYS,计算不同的熔池在特定温度场下,径向变形随压力的变化规律,来探究不同熔池尺寸对在役焊接烧穿失稳的影响.结果表明,对于某一特定熔池尺寸,温度场维持不变时,当管壁受压力较小时,内壁温度最高点的变形为内凹变形,随压力增大,变形逐渐变为外凸,变形随压力增加呈线性变化;但当压力超过一定值时,变形随压力不再呈线性变化,变形迅速增加;对不同的熔池尺寸,当熔深、压力一定时,熔池长度、宽度越小,其失稳温度越高.当熔深、内壁最高温度相同时,熔池长度、宽度越小其失稳压力越大. 展开更多
关键词 在役焊接 烧穿 熔池尺寸 温度场
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10mm厚TC11钛合金电子束焊接熔池传热与流动行为研究 被引量:4
15
作者 马正斌 刘金合 +1 位作者 魏雷 王世清 《航空制造技术》 北大核心 2012年第16期80-83,共4页
采用ANSYS软件中的Flotran模块,建立了基于高斯面热源与峰值热流递增的旋转体热源相结合的新型复合热源模型,合理地模拟了10mm厚TC11钛合金平板的电子束焊接熔池传热与流动行为。结果表明:计算熔池边界与真实焊缝的熔合线轮廓吻合较好,... 采用ANSYS软件中的Flotran模块,建立了基于高斯面热源与峰值热流递增的旋转体热源相结合的新型复合热源模型,合理地模拟了10mm厚TC11钛合金平板的电子束焊接熔池传热与流动行为。结果表明:计算熔池边界与真实焊缝的熔合线轮廓吻合较好,均呈现电子束焊接典型的"钉子形"焊缝。 展开更多
关键词 电子束焊接 TC11钛合金 熔池温度场 表面流场
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Ti-6Al-4V激光快速成形熔池凝固过程研究 被引量:5
16
作者 王志坚 王宗园 +1 位作者 宋鸿武 李文艺 《机械设计与制造》 北大核心 2017年第8期103-105,共3页
构建Ti-6Al-4V合金激光快速成形熔池凝固过程的数学和物理模型,运用CA-FE耦合算法模拟凝固温度变化和微观晶粒生长过程。模拟和实验结果基本相符,均表明:熔池温度场整体呈对称分布的趋势,熔池的宏观形貌为梭形结构;实验温度变化曲线和... 构建Ti-6Al-4V合金激光快速成形熔池凝固过程的数学和物理模型,运用CA-FE耦合算法模拟凝固温度变化和微观晶粒生长过程。模拟和实验结果基本相符,均表明:熔池温度场整体呈对称分布的趋势,熔池的宏观形貌为梭形结构;实验温度变化曲线和模拟温度变化曲线基本一致,由于结晶潜热的释放出现短暂的温度平台;熔池在0.325s内完成凝固,冷却速率为1292.6℃/s;熔池中晶粒生长以粗大β柱状晶为主,朝着熔池中心位置生长,最佳生长方向与熔池凝固时负温度梯度方向一致,体现出晶粒生长几何择优取向的一致性,晶内为针状马氏体构成的网篮结构。 展开更多
关键词 激光快速成形 微观晶粒 CA-FE 熔池 温度场
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工艺参数对316不锈钢粉末激光烧结温度场的影响 被引量:5
17
作者 任继文 刘建书 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2010年第8期63-66,共4页
以有限元分析软件ANSYS为平台,对316不锈钢粉末激光烧结温度场分布进行了数值模拟。在考虑了材料的热物性参数随温度变化以及相变潜热等非线性情况下,建立了选择性激光烧结(SLS)三维有限元模型,利用ANSYS参数化设计语言APDL控制激光热... 以有限元分析软件ANSYS为平台,对316不锈钢粉末激光烧结温度场分布进行了数值模拟。在考虑了材料的热物性参数随温度变化以及相变潜热等非线性情况下,建立了选择性激光烧结(SLS)三维有限元模型,利用ANSYS参数化设计语言APDL控制激光热源的热流密度、移动速度以及扫描路径,研究了工艺参数(激光功率、扫描速度、预热温度)对316不锈钢金属粉末成型过程中熔池及温度场分布产生的影响。模拟结果与前人文献实验结果相吻合,表明可以利用本模型对工艺参数进行优化,为实验工艺参数选取提供了理论依据。 展开更多
关键词 选择性激光烧结 有限元模拟 温度场 熔池
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考虑自由表面的定点A-TIG焊数值分析 被引量:1
18
作者 盛文文 樊丁 +1 位作者 黄健康 黄琳 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期41-45,131,共5页
根据流体力学基本原理,并用VOF方法追踪自由表面,建立了更接近实际情况的三维定点A-TIG焊熔池数学模型,综合考虑了熔池液态金属所受的浮力、电磁力、电弧压力和表面张力,同时考虑了熔池内液态金属的对流、辐射和热传导,运用FLOW-3D软件... 根据流体力学基本原理,并用VOF方法追踪自由表面,建立了更接近实际情况的三维定点A-TIG焊熔池数学模型,综合考虑了熔池液态金属所受的浮力、电磁力、电弧压力和表面张力,同时考虑了熔池内液态金属的对流、辐射和热传导,运用FLOW-3D软件求解得到了定点A-TIG焊熔池自由表面、温度场及流场,并重点分析了有、无活性剂时熔池自由表面的变化情况.结果表明,不使用活性剂时,熔池自由表面呈中心下凹、两边凸起的形状;使用活性剂时,表面张力温度系数由负变正,使熔池自由表面呈中心凸起、两边下凹的形状;在焊接电流I≤150 A的条件下,有、无活性剂时考虑自由表面变形情况下温度场、流场及熔池形貌的数值模拟结果与试验结果和不考虑自由表面变形时现有的数值模拟结果基本一致. 展开更多
关键词 熔池 自由表面 流场 表面张力温度系数
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YAG激光全熔透焊接304不锈钢的熔池温度场预测 被引量:3
19
作者 陈俊杰 于有生 段爱琴 《航空制造技术》 北大核心 2012年第3期78-82,共5页
基于Rosenthal的移动线热源模型,通过与高速摄像对焊接过程中熔池特征量的测量结果对比,获得了YAG激光全熔透焊接304不锈钢时熔池特征量及温度场分布的预测模型。结果表明,在一定热输入范围内,计算与试验结果符合得很好,但当热输入使熔... 基于Rosenthal的移动线热源模型,通过与高速摄像对焊接过程中熔池特征量的测量结果对比,获得了YAG激光全熔透焊接304不锈钢时熔池特征量及温度场分布的预测模型。结果表明,在一定热输入范围内,计算与试验结果符合得很好,但当热输入使熔透焊接过程处于过度熔化和临界熔透时,计算值与试验值的偏差会变大。 展开更多
关键词 激光全熔透焊接 熔池 温度场
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基于ANSYS的熔化极弧焊温度场三维数值模拟 被引量:3
20
作者 刘习文 王国荣 肖心远 《热加工工艺》 CSCD 北大核心 2008年第5期85-89,共5页
分析了熔化极焊接电弧及熔滴热输入分布模式,利用有限元软件ANSYS对温度场进行了计算,采用APDL编写了移动热源加载子程序。在不同焊接规范下,对试验所得熔宽和熔深值与模拟值进行比较,最大误差不超过8%,并分析了工件截面变化对焊接温度... 分析了熔化极焊接电弧及熔滴热输入分布模式,利用有限元软件ANSYS对温度场进行了计算,采用APDL编写了移动热源加载子程序。在不同焊接规范下,对试验所得熔宽和熔深值与模拟值进行比较,最大误差不超过8%,并分析了工件截面变化对焊接温度场的影响,有利于后续的熔池系统建模和控制。 展开更多
关键词 熔化极弧焊 熔池 温度场 数值模拟
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