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西北工業(yè)大學 博士學位論文 激光熔凝和激光熔覆的數(shù)學模型及數(shù)值分析 姓名:劉振俠 申請學位級別:博士 專業(yè):材料加工工程 指導教師:黃衛(wèi)東 20030701劉振俠 激光搭凝和激光熔覆的數(shù)學模型及數(shù)值模擬 摘要 激光熔覆是一種先進的表面改性技術(shù),它是在被熔覆的基體上以不同的方式 放置選擇的涂層材料,通過激光輻照使之和基體表面熔化,經(jīng)過快速凝固形成低 稀釋度的與基體呈冶金結(jié)合的表面涂層,從而改善材料的表面性能。這是一項發(fā) 展非常迅猛且具有廣泛應(yīng)用前景的材料加工新技術(shù)。本文的研究對象是同步送粉 激光熔覆。同步送粉激光熔覆實際上是激光、熔覆材料和基體三者之間相互作用 的過程,其中激光與基體,激光與熔覆材料粉末顆粒的相互作用是激光熔覆的兩 大關(guān)鍵。本文針對激光熔覆這兩大過程進行了理論模型和數(shù)值分析研究,并進行 了相應(yīng)的實驗研究。 本文的主要工作如下: 、建立了對流一擴散,固一液相變統(tǒng)一的瞬態(tài)三維移動光源的激光熔凝數(shù) 學模型。 、建立和發(fā)展了針對該數(shù)學模型通用形式控制方程組的固定網(wǎng)格數(shù)值解法。 、建立了激光熔凝和激光熔覆閾值條件計算方法和熔覆材料粉末流對激光 束遮光率的模型。 、建立了熔覆材料粉末顆粒穿越激光束溫升的數(shù)學模型并進行了計算分析。 、對激光熔凝和激光熔覆過程中所涉及的相關(guān)問題及影響因素進行深入系 統(tǒng)的理論分析,數(shù)值分析和實驗研究。對各種工藝參數(shù)對激光熔覆的影響規(guī)律進 行了總結(jié)。 、進行了激光熔凝實驗和激光熔覆過程微距連續(xù)拍攝實驗。 本文通過數(shù)值分析和實驗研究得到以下主要結(jié)論: 一、激光與基體的相互作用: 包括激光熔凝和激光熔凝的閩值條件 、浮力驅(qū)動熔池中液態(tài)金屬的自然對流,從橫切面看在熔池

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