ANSYS纳卫星金属选择性激光熔化有限元分析(4)
时间:2018-03-28 09:54 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
华南理工大学[17]进行了磷钒铸铁的激光熔融处理实验，研究了熔融区域的显微结构，分析了温度对金属熔化区的热影响。上述研究提示，温度场是影响成形件性能的关键因素。 1.3 ANSYS软件在SLM过程中的应用 有限元分析是研究常用的分析方法，在机械设计和加工中有广泛的应用。由于SLM过程的复杂性，其中涉及到多个物理场的耦合，甚至有多个微观因素的影响，故加工过程的工艺参数选取以及性能分析比较难以把握。在实际加工时，会针对各个材料，甚至各个零件设定单独的扫描参数。因此，为了直观的从温度场角度观察SLM加工过程中的分布，预测成形过程中的应力和应变，该过程的仿真非常的重要。 有限元法（FEM）的基础是变分原理和加权余量法，其基本求解思想是把计算域细分为有限个尺寸微小无重叠的单元，选择所有的单元节点作为求解函数的插值点，将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式，借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解。有限元方法最早应用于机械结构的分析之中，而后在流体、热和磁场等领域都有了广泛的应用。应用范围比较广泛的有限元分析软件有：ANSYS,ABAQUS, Dynaform等，ANSYS和ABAQUS在以上提及的领域中都有应用，而Dynaform则多应用于机械领域的成形、设计过程。当前有很多研究团队运用有限元法对SLM加工过程进行了模拟分析。 日本大阪大学Osakada等人对简单的蛇形SLM扫描过程进行了有限元分析，得出温度的分布和内应力的分布，与实际实验进行比对，得出结论：镍基合金、铁合金和纯钛是适合成型的材料，残余应力可以通过热处理、预热基板和重复扫描来降低[18-19]。 英国利兹大学T.H.C Childs等人建立了3D的有限元模型，并使用ThermoCalc热力计算软件辅助计算，预测SLM过程中的熔池和温度。实验表明在研究SLM过程中温度场时，有限元模型的模拟结果和实际实验的结果相关性很高，证实了进行有限元模拟的合理性和必要性[20-21]。 美国康涅狄格大学K.DAI等人通过有限元方法分析了工艺参数、金属粉末的物理性能和粉床温度分布的影响因素。得出结论：激光加工条件和材料特性决定了以上几点的结果，其中热导率和热膨胀系数的影响比重较大[22]。 华南理工大学杨永强等人使用有限元分析软件ANSYS对SLM单道扫描的温度场进行了模拟，经理论分析和实验验证，获得了其温度场分布的数据，优化了铜磷合金粉末的SLM过程的工艺参数[23]。 华中科技大学史玉升等人也多次使用ANSYS软件对实验的过程进行有限元模拟，分析熔池的深度和宽度，对成形时的工艺参数进行了优化。同时，他们在实验的基础上，发现应用有限元法优化后的成形工艺参数能够成形出结构复杂的金属零件。[24] 经过团队中同学的初步设计，将纳卫星原结构进行了初步优化，使其适合在SLM工艺下加工。本文将采用有限元分析软件ANSYS来分析计算纳卫星关键结构部位在SLM过程中的温度场分布。从局部的分析中，可以看出温度场在加工过程中的大致分布，扫描区的温度分析结果与实际非常相近，结果表明模拟分析的正确性和必要性。 2 研究目的及纳卫星介绍 2.1 研究目的 随着SLM技术的快速发展，SLM技术已经在多个领域中得到应用。本课题以用于航天探测的纳卫星为背景，对于纳卫星结构件进行SLM加工的ANSYS有限元分析，意在更好的理解SLM加工过程中温度场的变化规律，进一步可以在模拟过程中分析较优的工艺参数。 2.2 纳卫星介绍 (责任编辑：qin) |