選區(qū)激光熔化TiNi形狀記憶合金熱-力耦合數(shù)值模擬及實驗研究.pdf

1、選區(qū)激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）技術作為一種典型的增材制造技術（Additive Manufacturing，AM），目前已得到了廣泛的關注并逐漸應用于工業(yè)生產(chǎn)和實際生活中。在SLM成形過程中，粉床局部經(jīng)歷了快速加熱/冷卻的過程，導致了成形件應力與應變的產(chǎn)生。殘余應力與應變嚴重影響材料的成型性，并降低成形件的尺寸精度和性能?；谝陨显?，研究SLM成形過程的溫度場和應力場對優(yōu)化加工工藝、提高成形件性

2、能有著重要意義。
　　本文以ANSYS有限元分析軟件為平臺，對SLM成形Ti-Ni雙組元粉末的熱-力耦合場進行了動態(tài)模擬。在本文的研究中，采用高斯熱源模型實現(xiàn)激光熱源的持續(xù)移動加載，綜合考慮了不同溫度條件下的材料熱物性參數(shù)和相變行為，重點研究了不同激光工藝參數(shù)（激光功率和掃描速度）對SLM成形過程溫度場熱行為和熔池形狀的影響。研究發(fā)現(xiàn)，粉床的溫度隨激光功率的增大和掃描速度的減小而增大，熔池尺寸隨激光工藝的變化呈現(xiàn)非線性變化。當激光

3、功率為200 W和掃描速度為100 mm/s時，熔池的深度（63μm）和寬度（81μm）較為合適。
　　在溫度場研究的基礎上，采用間接熱-力耦合和材料單元屬性變換相結合的方法，進一步研究了激光工藝參數(shù)對熱應力演變規(guī)律和殘余應力分布的影響。在選定合適的工藝參數(shù)后，分析了同一制件在不同位置的應力變化情況。研究結果表明：熱應力隨激光熱源的移動而不斷變化，熔池附近區(qū)域呈現(xiàn)出壓應力，已成形區(qū)域呈現(xiàn)出拉應力。激光加熱過程完成后，制件的邊緣處殘