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西北工業(yè)大學(xué) 博士學(xué)位論文 激光熔凝和激光熔覆的數(shù)學(xué)模型及數(shù)值分析 姓名:劉振俠 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別:博士 專業(yè):材料加工工程 指導(dǎo)教師:黃衛(wèi)東 20030701劉振俠 激光搭凝和激光熔覆的數(shù)學(xué)模型及數(shù)值模擬 摘要 激光熔覆是一種先進(jìn)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(guò)激光輻照使之和基體表面熔化,經(jīng)過(guò)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(xiàng)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(duì)象是同步送粉 激光熔覆。同步送粉激光熔覆實(shí)際上是激光、熔覆材料和基體三者之間相互作用 的過(guò)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(duì)激光熔覆這兩大過(guò)程進(jìn)行了理論模型和數(shù)值分析研究,并進(jìn)行 了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究。 本文的主要工作如下: 、建立了對(duì)流一擴(kuò)散,固一液相變統(tǒng)一的瞬態(tài)三維移動(dòng)光源的激光熔凝數(shù) 學(xué)模型。 、建立和發(fā)展了針對(duì)該數(shù)學(xué)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(jì)算方法和熔覆材料粉末流對(duì)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(xué)模型并進(jìn)行了計(jì)算分析。 、對(duì)激光熔凝和激光熔覆過(guò)程中所涉及的相關(guān)問(wèn)題及影響因素進(jìn)行深入系 統(tǒng)的理論分析,數(shù)值分析和實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)各種工藝參數(shù)對(duì)激光熔覆的影響規(guī)律進(jìn) 行了總結(jié)。 、進(jìn)行了激光熔凝實(shí)驗(yàn)和激光熔覆過(guò)程微距連續(xù)拍攝實(shí)驗(yàn)。 本文通過(guò)數(shù)值分析和實(shí)驗(yàn)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(dòng)熔池中液態(tài)金屬的自然對(duì)流,從橫切面看在熔池

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