【摘 要】
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基于修正的固有应变方法,研究解决热-机械耦合模拟虽结果精度高,但由于计算难以收敛、耗时久等原因,无法预测工业级构件变形的难题.首先,选取小尺寸局部模型模拟激光熔化沉积(LMD)过程,从热-机械耦合计算结果中提取固有应变.其次,利用固有应变法,预测了在一端具有固定支撑约束的基板上单道沉积24层薄壁零件后基板的变形情况,通过与热-机械耦合模拟结果对比,发现固有应变法预测的基板底面中心线上最大变形量的偏差为3.27％,基底自由端变形量的平均偏差为4.15％.同时发现,3 mm为固有应变法中等效数值层的最优高度,
【机 构】
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北京化工大学机电工程学院,北京100029
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基于修正的固有应变方法,研究解决热-机械耦合模拟虽结果精度高,但由于计算难以收敛、耗时久等原因,无法预测工业级构件变形的难题.首先,选取小尺寸局部模型模拟激光熔化沉积(LMD)过程,从热-机械耦合计算结果中提取固有应变.其次,利用固有应变法,预测了在一端具有固定支撑约束的基板上单道沉积24层薄壁零件后基板的变形情况,通过与热-机械耦合模拟结果对比,发现固有应变法预测的基板底面中心线上最大变形量的偏差为3.27％,基底自由端变形量的平均偏差为4.15％.同时发现,3 mm为固有应变法中等效数值层的最优高度,其可兼顾计算的准确性和效率.最后,进行了扫描路径的优化,通过对比6种扫描路径,发现层间来回交替扫描模式下的变形量最小.在此基础上,结合固有应变方法,实现了工业级核电应急柴油机凸轮轴在LMD过程后的变形趋势预测.结果表明:凸轮轴两侧变形量最大,为1.47 mm;移除支撑后,两端向上翘曲,最大变形增至2.16 mm,但其最大变形位置没有发生变化.整个计算过程仅耗时9.5 h,这对于实现工业级LMD构件的快速变形预测具有重要意义.
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航空发动机钛合金叶片服役损坏后较难修复,采用激光沉积技术对钛合金叶片进行深度修复具有重要意义.试验通过选取合理的激光沉积参数,对修复试样进行力学性能测试.结果表明,修复后的钛合金叶片室温拉伸性能、高周疲劳性能均与同批次锻件水平相当,且修复后叶片变形量为0.13～0.37 mm,满足设计要求.
将激光封焊的方法用于弹载高密度T/R组件,在对激光封焊时能量进行描述时,可以基于有限元仿真的手段确定其分布情况,并使用封焊试验处理T/R组件.构建硅铝材料的激光封焊有限元模型,并对其温度场和应力场进行计算.采用脉冲激光焊,可有效控制焊接线能量.在焊接中心处具有较小的焊接应力.高硅铝合金封装盒体的焊接热应力随着距焊缝中心距离的增加而显著提高,壳体在焊接过程中的最高应力出现在焊缝附近壳体一侧,与壳体材料屈服强度相比,其最高热应力要保持较低值.焊接峰值功率为2.51 kW时,增大脉宽对提高气密性的作用不明显;在
直角内圆锥面全反射镜激光谐振腔由于其特殊的结构,从而具有较好的抗失调特性.选择高功率横流CO2激光器作为数值模拟的模型,采用Fox-Li迭代法对此种谐振腔的输出光束模式进行了分析.当光束在直角内圆锥面全反射镜处发生翻转时,进行了简化计算.由于直角内圆锥面全反射镜会干扰光束的偏振态,所以采用一种矢量分析的方式对输出光束的模式进行了分析.研究发现当选取P光和S光的反射率相差超过3％时,此种谐振腔可得到偏振纯度为1的径向偏振光或角向偏振光.
为提高一维位置敏感器PSD激光微位移测量的精度和稳定性,设计位移测量试验系统.系统采用PSD作为位移检测传感器,使用OPA211低噪运算放大器设计电流转电压(Ⅰ/Ⅴ)信号调理电路,以单片机STM32F103为控制器,控制步进电机滑台移动激光光源,采用ADS1256采集位移信号,实现自动位移及位移测量系统.试验测量结果表明,该系统在0～14 mm范围内具有较好的线性,位移测量误差小,测量误差不超过±20 μm.
基于Ansys Workbench软件平台,采用热弹塑性有限元法对304不锈钢激光电弧复合焊接试验进行数值模拟,数值计算得到的残余应力及热变形结果与焊接工艺试验结果吻合.分析不同激光功率下温度场与结构场的变化,研究激光功率对复合焊接热变形及残余应力的影响.结果表明:激光功率对复合焊接的最大变形量以及残余应力峰值有影响,激光功率越大,304不锈钢最大变形量以及残余应力峰值越大.由于激光热源的能量输入比较集中,激光功率对热变形及残余应力的分布状态影响不明显.
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