高精度预置式激光熔覆涂层温度场仿真方法

摘要

本发明针对目前预置式激光熔覆过程温度场数值模拟方法所存在的不足，公开了一种高精度预置式激光熔覆涂层温度场仿真方法，它通过将几何模型分为气孔模型和冶金化模型及动态地改变接触热阻进行仿真，充分利用了ANSYS软件强大的模拟功能，所述的结果精度高，真实性好，为激光熔覆研究提供了切实可行的手段。

主权项

一种高精度预置式激光熔覆涂层温度场仿真方法，它包括以下步骤：(1)在ANSYS软件中建立预置层和基材的几何模型；(2)根据熔覆前后熔覆材料的物性参数和基材物性参数，定义材料属性；(3)根据定义的材料属性进行网格划分；(4)设置接触热阻；(5)热源加载及温度场求解；其特征是：(1)在建立预置层的几何模型时分别建立预置层的冶金化几何模型和气孔几何模型，它们的几何形状都是长方体，并且冶金化几何模型在气孔几何模型的上面，它们的高度关系满足以下条件：H冶+H气＝H式中：H冶为冶金化几何模型的高度，其大小等于熔覆层的厚度；H气为气孔模型的高度；H为预置层的厚度；(2)在预置层和基材的接触表面上设置“间隙接触”和“冶金化结合接触”两个接触对，两个接触对分别对应着两个接触热导率，接触热导率等于接触热阻的倒数，利用生死单元技术使较大的接触热阻起作用，而较小的接触热阻不起作用，间隙接触和冶金化结合接触热阻计算公式如下： R t = 2 h f k 1 λ 1 + k 2 λ 2 + k 3 λ 3 式中：Rt为接触热阻(m2·℃/W)hf为接触表面的轮廓最大高度(m)λ1、λ2和λ3分别为粉末片、基材和空气的热导率(W/m·℃)k1、k2和k3是常数，k1和k2在0～0.5之间，分别反映粉末片和基材的热导率，热导率越大，k1和k2就越大；对于间隙接触k3＝0.696，对于冶金结合k3＝0。