ANSYS单道熔覆温度场和热应力模拟（含apdl命令流）.pdf

ANSYS 单道熔覆温度场和热应力模拟（含apdl 命令流） 目录 一、 计算条件 1 二、 结果截图 2 三、 APDL 命令流 7 一、计算条件 热源公式： 其中，r 是到激光束光圈的半径，t 是激光束照射时间，qm 表示热源密度最 大值，R 是激光束光圈外径。 基体和复合粉末激光熔覆的过程属于典型非线性的瞬态热分析，此时，激光 扫描对材料造成温度的即时变化，影响材料的一些物理属性如密度的改变。ANSYS 热分析中分析处理相变问题的能力出众，由于潜热的存在会导致非线性现象，而 激光熔覆中不可避免地会产生相变潜热，熔合区的温度随着激光束前进而变化时。 为了模拟同步送粉式的激光熔覆过程，首先是对激光发射器的选择，这边是采取 半导体式的，然后基体的材料选择为304 不锈钢，最后需要喷送的熔覆材料是 Ni、Mo、Si 的复合粉末。设置激光移动速度是4 mm/s，激光光圈直径是4 mm， 激光的三种工作功率挡位有800 W、1000 W 和1200 W，来分析激光的参数设 置对激光熔覆效果的影响。采用solid 70 单元，在应力场数值模拟中，利用单 元转换技术来达到间接耦合法模拟应力场的要求 激光熔覆过程中需要建立304 不锈钢作为基体材料和待熔覆的Ni、Mo、Si 复合粉末的三维模型，为了满足工艺上的参数设置要求，将基体部分的长、宽、 高设置为40 mm× 20 mm× 8 mm，复合粉末的长、宽、高设置为 40 mm× 3 mm× 1.5 mm。因为建立的激光熔覆模型，不管是基体还是要熔 覆的涂层，都是对称设计的，加上软件分析计算极为耗费时间，因此采取对模型 的一部分进行有限元分析就可以缩短计算机工作时间快速求解，提高效率。 ANSYS 有限元分析软件有映射网格划分和自由网格划分两种方式。映射网格 划分中所有的网格可大可小，同时可以保持几何形状规则，采用映射网格划分可 以更好的实现本文所需要的温度场与应力场耦合目的，这样我们将304 不锈钢基 体和Ni、Mo、Si 复合粉末都选择映射体网格划分方式。激光熔覆过程中只在一 小块区域内有很快的温度变化现象，本文只对激光熔覆区域与温度变化大的地方 分析，因此划分的网格会有些粗有些细，这样划分的网格能使结果更加精确。 1 二、结果截图 1 NODAL SOLUTION STEP=2 JUN 7 2019 SUB =1 14:22:42 TIME=.100001 TEMP TEPC=19.2317 SMN =20 SMX =903.961 MX MN Z Y X 20 216.436 412.872 609.308 805.744 118.218 314.654 511.09 707.526 903.961 图1 温度场截图1 1 NODAL SOLUTION STEP=8 JUN 7 2019 SUB =4 14:23:03 TIME=3.4 TEMP TEPC=13.93