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基于光束离散的激光相变硬化蠕墨铸铁应力场数值模拟汇报人:2024-01-22
引言激光相变硬化蠕墨铸铁基本理论光束离散化处理及模型建立数值模拟结果分析与讨论实验验证与结果对比分析结论与展望contents目录
引言01
基于光束离散的激光相变硬化技术可以实现对蠕墨铸铁表面的精确控制和优化,有望提高其疲劳性能和抗裂性能,对于推动蠕墨铸铁的应用和发展具有重要意义。激光相变硬化技术是一种先进的表面强化技术,通过高能激光束的照射使材料表面发生相变,从而提高其硬度、耐磨性和耐腐蚀性。蠕墨铸铁是一种具有优异力学性能和耐磨性的铸铁材料,广泛应用于汽车、机床、模具等领域。然而,蠕墨铸铁在复杂应力条件下的疲劳性能和抗裂性能有待提高。研究背景和意义
国内外学者在激光相变硬化技术方面开展了大量研究,主要集中在工艺参数优化、硬化层组织性能、残余应力分布等方面。在蠕墨铸铁的研究方面,主要集中在材料的制备工艺、组织性能、耐磨性等方面,对于其激光相变硬化技术的研究相对较少。随着计算机技术的发展,数值模拟方法逐渐成为研究激光相变硬化过程的有效手段,可以揭示硬化过程中的温度场、应力场演变规律,为优化工艺参数提供理论指导。国内外研究现状及发展趋势
研究内容本研究旨在通过数值模拟方法,研究基于光束离散的激光相变硬化蠕墨铸铁过程中的应力场演变规律,揭示硬化层残余应力的分布特征及其对材料性能的影响。研究目的通过本研究,期望深入了解激光相变硬化蠕墨铸铁的应力场演变机制,为优化激光相变硬化工艺参数、提高蠕墨铸铁疲劳性能和抗裂性能提供理论指导。研究方法采用有限元数值模拟方法,建立基于光束离散的激光相变硬化蠕墨铸铁的数值模型,模拟硬化过程中的温度场和应力场演变过程。通过对比分析不同工艺参数下的模拟结果,揭示硬化层残余应力的分布特征及其对材料性能的影响。研究内容、目的和方法
激光相变硬化蠕墨铸铁基本理论02
123材料表面吸收激光能量,导致局部温度升高。激光能量吸收激光能量在材料内部传导,形成温度梯度。热传导与热对流高温下材料发生相变,如熔化、凝固等。相变过程激光与材料相互作用机制
蠕墨铸铁组织结构及性能特点组织结构蠕墨铸铁具有独特的石墨形态和分布,以及基体组织。性能特点蠕墨铸铁具有良好的力学性能、耐磨性和耐腐蚀性。
03无网格法无需对连续体进行离散化,通过求解节点间的相互作用力得到应力场分布。01有限元法将连续体离散化为有限个单元,通过求解单元节点位移得到应力场分布。02边界元法将连续体的边界离散化为有限个单元,通过求解边界节点位移得到应力场分布。应力场数值模拟方法概述
光束离散化处理及模型建立03
方法选择采用有限元法进行光束离散化,将连续的光束分割成有限个离散单元,每个单元内光强分布均匀。实现过程首先确定光束的截面形状和尺寸,然后将其划分为规则的网格,每个网格代表一个离散单元。根据光束的能量分布,为每个离散单元分配相应的光强值。光束离散化方法选择及实现过程
离散化后的光束光强分布呈现出一定的规律性,可以通过对每个离散单元的光强进行统计分析,得到整个光束的光强分布情况。光强分布离散化后的光束能量集中度较高,主要集中在中心区域,边缘区域能量较低。这种能量分布有利于提高激光相变硬化的效率和质量。能量集中度离散化后光束特性分析
VS基于离散化后的光束特性,建立激光相变硬化蠕墨铸铁的数值模型。该模型包括材料属性、热传导、相变动力学等方面的描述。边界条件设置在模型中设置合适的边界条件,如初始温度、环境温度、激光功率密度等。这些边界条件将影响激光相变硬化过程中的温度场和应力场分布。同时,还需考虑材料表面与激光的相互作用,如反射、吸收等效应。模型建立模型建立与边界条件设置
数值模拟结果分析与讨论04
温度场分布规律在激光相变硬化过程中,光束作用区域的温度迅速升高,形成高温区,而周围区域温度逐渐降低,形成温度梯度。随着时间的推移,高温区逐渐扩大,温度梯度逐渐减小。影响因素光束功率、扫描速度、光斑直径等工艺参数对温度场分布有显著影响。其中,光束功率越大,高温区范围越广,温度梯度越大;扫描速度越快,高温区范围越小,温度梯度越大;光斑直径越大,高温区范围越广,但温度梯度越小。温度场分布规律及其影响因素探讨
应力场分布规律在激光相变硬化过程中,由于温度梯度的存在,材料内部会产生热应力。热应力的大小和方向与温度梯度密切相关。在硬化区域边缘,由于温度梯度较大,热应力也较大,而在硬化区域中心,热应力相对较小。影响因素材料性质、工艺参数以及光束作用方式等对应力场分布有影响。例如,材料的热膨胀系数、弹性模量等物理性质会影响热应力的产生和分布;工艺参数如光束功率、扫描速度等会影响温度场分布,从而影响热应力的大小和分布;光束作用方式如连续扫描或脉冲扫描也会对热应力分布产生影响。应力场分布规律及其影响因素探讨
随
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