[发明专利]高精度预置式激光熔覆涂层温度场仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热加工温度场的仿真方法，属于计算机技术在工程技术 中的具体应用研究，尤其涉及一种预置式激光熔覆过程中的温度场仿真方法， 具体地说是一种高精度预置式激光熔覆涂层温度场仿真方法。

背景技术

众所周知，激光熔覆是一种快速加热、快速冷却的工艺方法，利用红外 测温仪和热电偶都很难全面测量出激光熔覆过程的温度变化情况，因此利用 有限元求解温度场的方法已成为求解激光熔覆过程温度场的一种有效手段。 由于压片存在着气孔以及压片与基材之间存在着接触热阻，当压片中某区域 发生熔化后，就会把原有的气孔剔除出去，气孔的剔除影响着压片的物性参 数和厚度，导致熔化前后压片的材料属性发生变化和厚度的减小；当基材表 面产生熔化后，压片与基材之间接触形式发生改变，即间隙接触转变成冶金 化结合，导致了接触热阻发生变化，因此气孔的剔除和压片与基材之间接触 形式的改变必然影响着温度场(压片预置式激光熔覆过程如图2)。在压片预 置式温度场仿真中，还没有人在仿真过程中动态地更改单元的材料属性、以 及实现压片厚度变化和接触热阻变化对温度的影响。

在《基于ANSYS的压片预置式激光熔覆温度场仿真》(作者：马浩，王 珉等，2009，38(4)《机械制造与自动化》-92-94)中，采用面积等效厚度 法把整个压片的厚度折算出熔化后的厚度，这与压片中未熔化部分的厚度不 变相矛盾，还忽略了熔覆前后的材料属性变化对其温度场的影响，压片的气 孔率较大(文中为37.5％)，熔覆前后的材料属性间差别明显较大，忽略材料 属性的变化将极大地影响仿真结果。因此，根据激光熔覆的特点发明一种高 精度的仿真方法是提高激光熔覆质量，改善复合材料特性的关键。

发明内容

本发明的目的是针对现有的预置式激光熔覆温度场仿真精度不高，难以 在工业实际应用的问题，根据预置式激光熔覆中存在气孔和接触热阻变化较 大的特点，发明一种高精度预置式激光熔覆涂层温度场仿真方法。

本发明的技术方案是：

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_治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：

Rt=2hfk1λ1+k2λ2+k3λ3]]>