直接金属选区激光烧结热应力场有限元模拟

选区激光熔化AlSi10Mg温度场及应力场数值模拟研究一、本文概述随着增材制造技术的快速发展，选区激光熔化（Selective Laser Melting, SLM）作为一种先进的金属增材制造技术，已经广泛应用于航空航天、医疗生物、汽车制造等领域。

由于其独特的逐层堆积成型方式，SLM技术在制造复杂结构和高性能金属部件方面具有显著优势。

然而，SLM过程中涉及的高温、快速冷却和复杂的热应力变化，往往导致成型件产生热裂纹、翘曲变形等缺陷，严重影响了部件的质量和性能。

因此，对SLM过程中的温度场和应力场进行深入研究，对于优化成型工艺、提高部件质量具有重要意义。

本文旨在通过数值模拟方法，研究选区激光熔化AlSi10Mg过程中的温度场和应力场变化规律。

我们将建立SLM过程的数学模型，包括激光与粉末材料的相互作用、粉末的熔化与凝固过程、热传导与热对流等物理现象。

然后，利用有限元分析软件，模拟不同工艺参数下AlSi10Mg材料的温度分布和应力分布。

通过分析模拟结果，我们可以深入了解SLM过程中温度场和应力场的演变规律，揭示影响成型质量的关键因素。

本文还将探讨如何通过优化工艺参数、改善热管理等方式，降低SLM过程中的热应力，减少成型缺陷，提高AlSi10Mg部件的质量和性能。

我们期望通过本研究，为SLM技术在AlSi10Mg等高性能金属材料的应用提供理论支持和实践指导。

二、文献综述随着增材制造技术的快速发展，选区激光熔化（Selective Laser Melting，简称SLM）作为其中的一种重要工艺，已经在航空航天、医疗器械、汽车制造等领域展现出广泛的应用前景。

AlSi10Mg铝合金，作为一种轻质高强度的金属材料，在SLM工艺中备受关注。

然而，SLM过程中产生的温度场和应力场对零件的质量和性能具有重要影响。

因此，对AlSi10Mg在SLM过程中的温度场和应力场进行数值模拟研究，对于优化工艺参数、提高零件质量具有重要意义。

多组元金属粉末选区激光烧结三维瞬态温度场模拟
沈以赴;顾冬冬;李守卫;李昊
【期刊名称】《南京航空航天大学学报》
【年(卷),期】2008(040)005
【摘要】利用Ansys有限元软件,建立了多组元金属粉末选区激光烧结过程中三维瞬态温度场计算模型.在考虑了相变潜热、辐射对流和随温度变化的热物性参数条件下,使用APDL参数化语言实现了高斯热源的施加和热源按一定速率的移动.通过该计算模型可掌握成形过程中烧结温度场随时间的变化规律,进而控制多组元金属粉末选区激光烧结成形机制,避免"球化"效应、翘曲变形等缺陷,为合理选取激光工艺参数提供理论依据.对Ni和Cu-10Sn多组元混合粉末进行了选区激光烧结实验,验证了模拟结果的正确性.
【总页数】6页(P611-616)
【作者】沈以赴;顾冬冬;李守卫;李昊
【作者单位】南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京,210016;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京,210016;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京,210016;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京,210016
【正文语种】中文
【中图分类】TG14;TG665
【相关文献】
1.多组分铜基金属粉末选区激光烧结试验研究 [J], 顾冬冬;沈以赴;杨家林;王洋
2.多组分铜基金属粉末选区激光烧结致密化机理 [J], 顾冬冬;沈以赴;杨家林;王洋
3.钛粉选区激光烧结三维瞬态温度场模拟 [J], 段亮亮;党新安;杨立军;张勇
4.选择性激光烧结金属粉末瞬态温度场模拟 [J], 任继文;殷金菊
5.选区激光烧结瞬态温度场模拟与测试方法研究 [J], 邢键;孙晓刚;高益庆
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基于材料性质转换的金属粉末直接选区激光烧结温度场数值模
拟
沈显峰;姚进;王洋;杨家林
【期刊名称】《工程物理研究院科技年报》
【年(卷),期】2006(000)001
【摘要】金属粉末直接选区激光烧结（DMLS，Direct Metal Laser Sintering）
是一种热能传播主导的净成形方式，其源驱动力就是激光辐射能。

激光辐射促使粉末的相变、固化过程。

随着激光束的扫描，粉末颗粒相互烧结或粘结，材料的导热系数等物理性质在从粉末到实体的转换过程中发生了显著的变化，DMLS传热过
程会对成形过程、成形件质量产生显著影响。

因此，深入研究DMLS的传热过程，对减少烧结件变形和缺陷的发生、加深对烧结过程中热能传播的认识和控制具有重要意义。

【总页数】2页(P201-202)
【作者】沈显峰;姚进;王洋;杨家林
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TK124
【相关文献】
1.直接金属粉末激光烧结温度场的数值模拟研究
2.金属粉末的直接选区激光烧结温度场数值模拟
3.直接选区激光烧结金属粉末材料的研究进展
4.聚醚醚酮基复合材
料的热性质和物理性质预测及其摩擦销三维温度场的数值模拟5.基于ABAQUS的金属粉末激光直接烧结温度场模拟
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基于有限元方法的激光器温度场模拟研究激光器是一种以激活其介质中外部聚集的光子产生激光流的设备，因其高功率、高精度和高稳定性而被广泛应用于工业制造、医疗、通讯等领域。

在激光器的使用过程中，其温度场分布对性能和寿命有着至关重要的影响。

因此，基于有限元方法的激光器温度场模拟研究成为了一种重要的手段。

有限元方法是一种数值解法，用于求解物理问题的偏微分方程。

它将大型复杂的连续体问题离散化为有限个简单元素问题，每个元素内的变量只需保留少量的自由度，并对每个元素的求解结果进行简单的积分计算，从而得到整个问题的解。

有限元方法应用广泛，可以求解结构、传热、流体力学等领域的问题。

在激光器模拟研究中，有限元方法被广泛使用。

激光器的温度场模拟研究需要考虑众多因素。

首先，激光器辐射出的光束对介质的吸收、散射和反射会产生影响。

其次，激光器的外部环境也是一个重要因素。

环境中的温度、湿度、压力等参数都会对激光器的温度场分布产生影响。

最后，激光器的材料、结构和尺寸等也会对温度场分布产生影响。

因此，在进行激光器温度场模拟研究时，需要先进行材料学和热学等相关领域知识的学习和掌握。

其次，在选择有限元模型时，需要充分考虑实际情况，合理的网格划分和边界处理能够保障计算结果的精度和可靠性。

最后，在计算过程中需要对结果进行验证和分析，针对性的改进模型和算法，以得到更加精确的结果。

基于有限元方法的激光器温度场模拟研究的应用非常广泛。

例如，在光纤激光器、半导体激光器、固体激光器等各种类型的激光器中，温度场模拟研究可以用于分析光束质量、提高效率、预测寿命和改进设计等方面。

同时，在锂离子电池、太阳能电池和芯片散热等领域中，基于有限元方法的温度场模拟研究也是一种重要的手段。

总之，基于有限元方法的激光器温度场模拟研究是一种具有重要意义的研究方法。

这种方法可以用于分析和优化激光器的设计和性能，在实际应用中具有广泛的应用前景。

不断创新，在有限元方法研究方法和理论方面，挖掘和发掘其在激光器温度场研究中的深入应用将会促进激光器技术的发展和创新。

选区激光熔化IN738合金成形温度场、应力场的数值模拟及实验研究选区激光熔化IN738合金成形温度场、应力场的数值模拟及实验研究摘要：选区激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）技术作为一种先进的金属三维打印工艺，已被广泛应用于复杂结构件的制造。

本文以IN738合金为研究对象，利用ANSYS Workbench软件对其在选区激光熔化过程中的温度场和应力场进行了数值模拟，并通过实验验证了模拟结果的准确性。

结果表明，激光功率和扫描速度对温度分布和残余应力有显著影响。

1. 引言随着科学技术的不断发展，传统的金属制造工艺难以满足对复杂结构件的要求，而选区激光熔化技术作为一种先进的金属三维打印工艺，具有高精度、高质量和高效率等优势，已成为研究热点。

IN738合金具有较高的耐热性和耐腐蚀性，被广泛应用于航空航天、能源等领域的重要零部件制造。

2. 数值模拟方法本文采用ANSYS Workbench软件，基于有限元法对IN738合金的激光熔化过程中的温度场和应力场进行了数值模拟。

通过建立合适的计算模型和设定边界条件，对熔化过程中的能量传递和应力分布进行了模拟计算。

3. 模拟结果与分析在不同的激光功率和扫描速度条件下，对选区激光熔化过程中的温度和应力进行了模拟计算，并分析了温度分布和残余应力的变化规律。

结果显示，随着激光功率的增加和扫描速度的减小，熔化区的温度升高，而熔化区周围的温度分布更加均匀。

此外，残余应力在熔化区和非熔化区之间存在明显差异，非熔化区的残余应力较大。

4. 实验验证为了验证数值模拟结果的准确性，进行了相应的实验研究。

选取了几组不同激光功率和扫描速度的工艺参数，在相同工艺条件下制备了IN738合金试样，并使用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对试样进行了表征和测试。

实验结果与数值模拟结果一致，从而证明了数值模拟方法的可靠性和有效性。

5. 结论本文通过数值模拟和实验研究，探讨了选区激光熔化过程中的温度场和应力场特性。

激光冲击金属黏结层高温热循环应力演化规律的有限元模拟王瑞涵;花银群;叶云霞;蔡杰;戴峰泽【期刊名称】《表面技术》【年(卷),期】2024(53)1【摘要】目的探索激光冲击(LSP)对高温热循环(反复升温、保温和降温)过程中热障涂层中的热生长氧化物(TGO)表面及TGO/黏结层(BC)界面应力分布的影响规律。

方法基于真实TGO形貌,建立有限元模型,从应力演化角度分析LSP改性(LSPed)与未改性(Non-LSPed)试样危险区域的失效形式;使用拉曼光谱法(RFS)对氧化后的金属黏结层进行残余应力测试。

结果 TGO应力分布随着形貌的起伏呈现相应的起伏变化。

TGO表面压应力最大值出现在波峰位置,经10次热循环后LSPed试样TGO表面S11(平行于涂层表面的正应力)压应力最大值大于Non-LSPed试样,经50次热循环后LSPed试样TGO表面压应力最大值远小于Non-LSPed试样;随着热循环次数的增加,2类试样TGO/BC界面S11应力的差别变小。

LSPed试样TGO表面S22(垂直于涂层表面的应力)应力随着热循环次数的增加逐渐增大,但S22拉应力小于250 MPa,应力总体偏低。

TGO/BC界面S22、S12(平行于涂层表面的剪切应力)应力随循环次数的变化规律基本一致,经10次热循环后,LSPed试样的S22、S12应力均大于Non-LSPed试样;经50次热循环后,2类试样界面的S22、S12应力相差不大。

结论文中构建的TGO应力有限元仿真模型,模拟结果与测试结果吻合。

LSP通过调控TGO生长速度,可以有效缓解TGO生长过程中应力的剧烈变化,大幅降低TGO表面S11和S12应力最大值,进而降低TGO表面产生垂直于表面贯穿裂纹和剪切破坏的风险,LSP对TGO表面(TGO/BC界面)应力状态的影响较小。

【总页数】12页(P123-134)【作者】王瑞涵;花银群;叶云霞;蔡杰;戴峰泽【作者单位】江苏大学机械工程学院;江苏大学微纳光电子与太赫兹技术研究院;江苏大学先进制造与现代装备技术工程研究院【正文语种】中文【中图分类】TG178【相关文献】1.直接金属选区激光烧结热应力场有限元模拟2.金属直薄壁件激光直接沉积过程的有限元模拟Ⅱ．沉积过程中热应力场的模拟3.陶瓷-金属多层涂层不同温度循环冲击损伤特征与演化规律4.无黏结预应力混凝土桥墩地震损伤破坏的有限元模拟分析5.无黏结预应力型钢混凝土框架梁静力性能试验研究及有限元模拟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

选择性激光烧结的三维有限元模拟选择性激光烧结的三维有限元模拟3D Finite Element Simulation of Selective Laser Sintering Process沈阳飞机⼯业(集团)有限公司韩　松[摘要]　建⽴了三维有限元模型⽤来模拟Fe -Cu 粉末体系的选择性激光烧结过程。

分析的结果不仅有助于粗略地估计单⾏烧结的烧结区域尺⼨,优化加⼯参数,⽽且在确定能量密度和材料选择⽅⾯也提供了有益的建议。

关键词:快速成型　选择性激光烧结　有限元模拟[ABSTRACT]　A 3D FE model is developed to simulate the selective laser sintering (SL S )process of Fe -Cu powder mixture.The analysis results can not only be a help to roughly estimate the sintering zone dimen 2sion of a single sintered line and define the optimized processing parameters ,but also can provide some useful suggestions about energy density defermination and ma 2terial selection.K eyw ords :R apid prototyping Selective laser sin 2tering (SLS)　Finite element simulation1　概述⾦属粉末的选择性激光烧结(SL S )属于快速原型制造技术。

它使⽤零件的CAD 模型作为输⼊数据,按层层叠加的⽅式⽣成三维零件,⽽不像传统的加⼯⼯艺那样使⽤任何成型模具或⼯具。

选区激光熔化快速成型过程温度场数值模拟师文庆;杨永强;黄延禄;程大伟【摘要】为了优化铜磷合金粉末选区激光熔化快速成型的工艺参数,采用有限元分析软件ANSYS对其温度场进行了模拟,经理论分析和实验验证,获得了其温度场分布的数据.对材料未知温度范围内的热特性参数用插值法近似获得,采用不等网格剖分方式,用热焓去处理相变潜热问题.结果表明,其温度场的等温线分布为椭圆形,用模拟遴选的工艺参数(在铺粉厚度为0.22mm时,选用激光功率为100W、扫描速度为0.25m/s和激光束半径为0.1mm)能实现选区激光熔化快速成型.这一结果对其它粉末材料的选区激光熔化快速成型也是有帮助的.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2008(032)004【总页数】3页(P410-412)【关键词】激光技术;选区激光熔化;模拟;ANSYS;温度场【作者】师文庆;杨永强;黄延禄;程大伟【作者单位】华南理工大学,机械工程学院,广州,510640;广东海洋大学,理学院,湛江,524088;华南理工大学,机械工程学院,广州,510640;华南理工大学,机械工程学院,广州,510640;华南理工大学,机械工程学院,广州,510640【正文语种】中文【中图分类】TF124引言选区激光熔化(slective laser melting，SLM)是最近十来年才发展起来的一种先进制造技术。

用SLM技术可得到冶金结合的、相对密度接近100% 的金属实体，适合于成型各种复杂形状的工件[1]。

不同材料的热物理特性不同，加工过程中的温度场分布不同，而温度场的分布对其成型结果起决定性的作用[2-3]。

所以，针对不同材料SLM的工艺参数较难选择的问题，在加工前对其温度场进行模拟[4-6]，通过模拟反过来调整其工艺参数以得到更好的加工结果，如此以达到通过模拟来指导实际加工的目的。

ANSYS是一种通用有限元分析软件，它可用于计算温度场分布。

作者用ANSYS的热分析对SLM过程进行数值模拟，通过模拟反过来指导SLM加工。