1. 本选题研究的目的及意义
钛合金由于其优异的综合性能,如高比强度、良好的耐腐蚀性和生物相容性等,在航空航天、生物医疗、海洋工程等领域得到越来越广泛的应用。
选择性激光熔覆(slm)作为一种先进的增材制造技术,能够精确控制熔覆层的成分和组织,实现复杂形状零件的直接成形,为高性能钛合金构件的制备提供了新的途径。
然而,slm过程涉及复杂的热、力、冶金耦合作用,熔池的快速加热和冷却过程容易导致残余应力集中和组织不均匀等问题,进而影响成形件的力学性能和使用寿命。
2. 本选题国内外研究状况综述
选择性激光熔覆(slm)技术作为一种新型的金属增材制造技术,近年来在国内外得到快速发展,尤其是在高性能金属材料制备方面展现出巨大潜力。
大量研究集中在slm工艺参数优化、微观组织控制、力学性能提升以及数值模拟等方面。
1. 国内研究现状
3. 本选题研究的主要内容及写作提纲
本选题拟采用有限元软件ansys或abaqus对选择性激光熔覆ti-6al-4v钛合金的制备过程进行数值模拟研究,主要内容包括以下几个方面:
1.建立slm过程的有限元模型:根据实际slm设备参数和材料特性,建立包含激光束、粉末、基板等几何模型;采用合适的单元类型和网格划分策略,保证计算精度和效率;定义材料的热物理性能参数和力学性能参数,考虑材料性能随温度的变化关系。
2.模拟slm过程的温度场和熔池动态演变:模拟激光束与材料的相互作用过程,计算激光能量吸收、传导和对流过程;模拟熔池的形成、生长和凝固过程,分析熔池形貌、温度梯度和冷却速率等关键参数的变化规律;研究工艺参数(如激光功率、扫描速度、粉末粒径等)对温度场和熔池动态演变的影响规律。
3.模拟slm过程的应力应变场和残余应力的分布:考虑材料的热膨胀系数和弹塑性行为,模拟slm过程中的热应力和残余应力演变过程;分析残余应力在熔覆层和基板中的分布特点,以及工艺参数对残余应力的影响;评估残余应力对成形件尺寸精度、力学性能和使用寿命的影响。
4. 研究的方法与步骤
本研究将采用有限元模拟和实验验证相结合的研究方法,主要步骤如下:
1.文献调研和方案设计:查阅国内外相关文献,了解slm技术、ti-6al-4v合金以及有限元模拟方面的研究现状,确定研究内容、技术路线和预期目标,制定详细的研究方案。
2.有限元模型建立:选择合适的有限元软件(如ansys或abaqus),根据实际slm设备参数和材料特性,建立包含激光束、粉末、基板等几何模型。
确定合适的单元类型和网格划分策略,对模型进行网格划分,保证计算精度和效率。
5. 研究的创新点
本研究拟结合有限元模拟和实验验证,系统地研究选择性激光熔覆ti-6al-4v钛合金的制备过程,预期取得以下创新性成果:
1.建立更加精细、准确的slm过程有限元模型:考虑粉末熔化、液态流动、凝固收缩等复杂物理现象,采用高精度数值算法和网格划分技术,提高模型的预测精度和计算效率。
考虑材料性能随温度的变化关系,例如热导率、比热容、粘度、表面张力等,使模型更加贴近实际slm过程。
2.揭示slm过程中温度场、应力应变场、熔池形貌、微观组织演变之间的耦合关系:通过多场耦合分析,揭示温度场、应力应变场对熔池形貌、微观组织演变的影响机制,以及微观组织对材料力学性能的影响规律。
6. 计划与进度安排
第一阶段 (2024.12~2024.1)确认选题,了解毕业论文的相关步骤。
第二阶段(2024.1~2024.2)查询阅读相关文献,列出提纲
第三阶段(2024.2~2024.3)查询资料,学习相关论文
7. 参考文献(20个中文5个英文)
[1] 刘洋,王东坡,李晓磊,等. 激光熔覆ti-6al-4v钛合金涂层的组织与性能研究[j]. 中国激光,2019,46(05):162-170.
[2] 孙宝峰,张文奇,王猛,等. 基于有限元法的激光熔覆tc4钛合金温度场及残余应力分析[j]. 中国激光,2018,45(01):178-185.
[3] 王晓强,李中伟,李怀学,等. 选择性激光熔化ti6al4v钛合金微观组织演变及力学性能[j]. 中国激光,2017,44(07):211-219.
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