Гордеев Георгий Андреевич Моделирование теплофизических процессов в порошках металлов при селективном лазерном плавлении

Короткий опис

Гордеев Георгий Андреевич Моделирование теплофизических процессов в порошках металлов при селективном лазерном плавлении

ОГЛАВЛЕНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

кандидат наук Гордеев Георгий Андреевич

Оглавление

Стр.

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Технология селективного лазерного плавления (СЛП) 12 1.1.1 Сравнение импульсного и непрерывного режимов СЛП обработки

1.2 Характерные физические процессы при СЛП порошков металлов и 16 сплавов

1.3 Методология математического моделирования

1.4 Обзор существующих аналитических моделей нагрева металлических 19 тел высокоэнергетическим тепловым локальным источником (лазером)

1.4.1 Аналитические одномерные модели нагрева металлических тел 21 тепловым источником

1.4.2 Аналитические пространственные модели нагрева металлических 22 тел тепловым источником. Неподвижные тепловые источники

1.4.3 Аналитические пространственные модели нагрева металлических 25 тел тепловым источником. Движущиеся тепловые источники

1.4.4 Аналитические нелинейные модели нагрева металлических тел 28 тепловым источником

1.4.5 Преимущества и недостатки аналитических методов

1.5 Методы численного моделирования

1.5.1 Метод конечных разностей (метод сеток, МКР)

1.5.2 Метод конечных объемов (МКО)

1.5.3 Метод конечных элементов 34 1.5.3а Дискретизация расчетной области в МКЭ 35 1.5.3б Выбор функций формы в МКЭ 36 1.5.3в Формирование СЛАУ в МКЭ 40 1.5.3г Метод Ритца минимизации функционала 41 1.5.3д Метод взвешенных невязок 42 1.5.3е Достоинства и недостатки МКЭ

1.6 Метод многомасштабного моделирования 45 1.6.1 Многомасштабное моделирование СЛП

1.7 Макроскопические численные модели СЛП 51 Выводы по главе 1 59 Глава 2. Модель СЛП порошков металлов

2.1.1 Содержательная постановка задачи моделирования СЛП

2.1.2 Концептуальная постановка задачи моделирования СЛП

2.2 Математическая модель СЛП

2.3 Численная реализация модели

2.4 Алгоритм реализации модели

2.5 Компьютерная реализация модели

Выводы по главе 2:

Глава 3. Проверка адекватности компьютерной модели СЛП порошков

металлов

3.1 Факторы модели СЛП, влияющие на время расчета

3.2 Построение КЭ сетки

3.3 Исследование сходимости компьютерной реализации модели по сетке

3.4 Проверка баланса энергии в компьютерной реализации модели

3.5 Верификация модели СЛП порошка железа 104 Выводы по главе 3 112 Глава 4. Анализ теплофизических процессов и процессов усадки при СЛП 114 порошка железа

4.1 Влияние управляющих параметров лазерной обработки на процесс 116 СЛП

4.1.1 Влияние длительности импульса Timp и энергии импульса Eimp при 116 фиксированном значении пиковой мощности Jmax

4.1.2 Влияние энергии импульса Eimp при фиксированном значении 117 длительности импульса Timp

4.1.3 Влияние длительности импульса Timp при фиксированном значении 119 энергии импульса Eimp

4.2 Анализ динамики процесса спекания порошка железа

4.3 Феноменологическая модель для периода и частоты лазерной 127 генерации при СЛП порошка железа

4.4 Алгоритмы поиска рациональных режимов СЛП порошка железа

4.5 Поиск рациональных режимов СЛП обработки

4.5.1 Поиск оптимальных управляющих параметров лазерной обработки: 135 длительности импульса Timp, энергии импульса Eimp

4.5.2 Исследование площади сплавления порошка с подложкой Sm при 137 лазерной обработке с оптимальными управляющими параметрами

4.5.3 Исследование характеристик качества сплавляемого слоя: глубины 140 проплавления в подложку hm, длины краев сплавленной зоны Де, оценки разрешающей способности Дм при лазерной обработке с оптимальными управляющими параметрами

4.5.4 Поиск оптимального управляющего параметра периода Tgen лазерной 143 генерации и исследование максимального предела тах(Л) скорости (производительности) сплавления порошка железа с подложкой

4.5.5 Определение рациональных режимов лазерной обработки при СЛП 144 порошка железа

4.6 Поиск режима лазерной импульсной обработки оптимального по 146 скорости качественного сплавления порошка железа при СЛП

Выводы по главе

Заключение

Список сокращений

Условные обозначения

Список литературы

Приложение

Приложение А. Вывод уравнения теплопроводности для пористой

структуры в приближении сплошной среды. Вывод уравнения положения z локального объема порошкового слоя

Приложение Б. Определение зоны расплава и зоны активного

конвективного перемешивания в порошковом слое и подложке

Приложение В. Феноменологический учет конвекции металла в зоне

расплава с помощью эффективного параметра теплопроводности

Приложение Г. Вычисление некоторых уравнений и эффективных

теплофизических коэффициентов в численной реализации модели

Приложение Д. Промежуточные этапы преобразований численной

реализации модели

Приложение Е. Таблица параметров (констант) математической модели

СЛП высокодисперсного порошка железа

Приложение Ж. Свидетельство о государственной регистрации

программы для ЭВМ

Приложение З. Верификационная база для проверки результатов расчета

средней пористости emm сплавленного трека