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均匀金属微滴喷射增材制造热累积效应及抑制方法研究

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均匀金属微滴喷射增材制造热累积效应及抑制方法研究

作者：刘蒙霖重庆大学

学位级别：硕士

均匀金属微滴喷射增材制造技术是一种以金属微滴作为基本制造单元的三维实体离散堆积快速成形技术,具有材料利用率高、适应性强、结构可设计性强等优点,在直接快速制造微小金属构件、功能器件和异质部件方面具有独特优势,被认为是一种... 详细信息

均匀金属微滴喷射增材制造技术是一种以金属微滴作为基本制造单元的三维实体离散堆积快速成形技术,具有材料利用率高、适应性强、结构可设计性强等优点,在直接快速制造微小金属构件、功能器件和异质部件方面具有独特优势,被认为是一种极具前景的微小金属结构增材制造技术。然而金属微滴沉积制造是一个典型的三维非线性瞬态传热过程,涉及到高焓金属液滴的凝固过程和复杂的热行为,如界面重熔、传热传质和固液界面生长。该过程通常伴随着热累积效应的发生,从而严重破坏成形件的成形精度和内部组织的均匀性,成为制约该技术实现高质量零件直接快速制备的瓶颈。基于此,本文以成形微立柱为例,采用理论分析与仿真研究结合的方法,开展金属微滴沉积过程热累积效应演化机理研究,并探索能够抑制热累积效应的有效方法,以期为热累积效应分析奠定理论基础,为优化成形工艺与成形质量提供指导。本文主要研究内容如下:阐明了基于气动式按需喷射均匀金属微滴增材制造技术原理及其系统组成,基于成形微立柱结构制定了热累积效应研究方案,分析了在不同沉积频率与固定沉积频率下微立柱成形形貌演化规律,提出了均匀金属微滴沉积热累积效应难题。分析了金属微滴沉积过程的传热特征,基于传热理论模型开展了热累积效应理论分析,根据传热平衡条件定义了成形微立柱顶部平衡温度及其临界高度,基于此,界定了传热平衡演化图谱中的可成形区与不可成形区、传热平衡区与非平衡区,探究了工艺参数对热累积演化的影响规律,提出了热累积程度的表征参数并确立了金属微滴沉积数值仿真工艺窗口。开展了金属微滴沉积形成微立柱过程的仿真研究,系统研究了金属微滴沉积过程的温度场、热通量、固相分数与速度场演化规律,阐明了传热滞后行为是热累积效应的诱因,探究了金属微滴在热累积影响下的动态演化行为,揭示了热累积效应的演化机理及其对成形精度的影响规律,为进一步探究热累积效应抑制方法奠定了基础。分析了金属微滴沉积过程热累积效应影响因素,提出了抑制热累积效应的有效方法,制定了抑制热累积效应的工艺图谱,并通过仿真与实验对其可行性与有效性进行了验证。实验所得微立柱高度与理论设计的偏差仅为4.55%,直径精度相较于固定工艺条件提高了近5倍。为抑制均匀金属微滴喷射增材制造技术中的热累积效应从而提高其成形质量提供了指导。

关键词：增材制造金属微滴热累积演化机理抑制方法

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钛合金激光沉积制造热累积与熔池形貌演化

稀有金属材料与工程 2017年第9期46卷 2645-2650页

作者：钦兰云徐丽丽杨光刘奇王维沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科实验室辽宁沈阳110136 首都航天机械公司北京100076

为了研究激光沉积制造过程热累积对熔池形貌的影响,利用有限元软件对单道多层激光沉积制造TA15钛合金过程三维温度场进行数值模拟,得到不同沉积层上的节点热循环特性、熔池温度分布规律以及熔池形貌变化,结果表明沉积过程存在着热累积... 详细信息

为了研究激光沉积制造过程热累积对熔池形貌的影响,利用有限元软件对单道多层激光沉积制造TA15钛合金过程三维温度场进行数值模拟,得到不同沉积层上的节点热循环特性、熔池温度分布规律以及熔池形貌变化,结果表明沉积过程存在着热累积现象会使熔池面积逐渐变大。并通过对激光沉积过程熔池进行实时监测的试验对模拟进行了验证,结果显示热累积直接影响沉积层上熔池的宽度以及倾斜角度,且自一定层数之后,熔池温度和熔池宽度逐渐趋于稳定。实验结果和模拟结果吻合较好。

关键词：激光沉积制造熔池热累积数值模拟熔池倾角

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河北省某高校地源热泵系统地温场监测与分析

制冷与空调（四川） 2024年第3期38卷 385-393页

作者：刘俊青吴晓轩刘彪牛晓洁张昌建中国煤炭地质总局水文地质局邯郸056000 河北工程大学能源与环境工程学院邯郸056000

为了掌握地源热泵地埋侧土壤的吸热放热特性,以某高校地源热泵供暖供冷为例对地埋侧土壤的吸热放热特性进行了研究,对6口地埋井在纵向按照每10米一个测点进行了温度监测,经过1a的监测数据分析得出,热泵系统一年内向地下的净排热量为1056... 详细信息

为了掌握地源热泵地埋侧土壤的吸热放热特性,以某高校地源热泵供暖供冷为例对地埋侧土壤的吸热放热特性进行了研究,对6口地埋井在纵向按照每10米一个测点进行了温度监测,经过1a的监测数据分析得出,热泵系统一年内向地下的净排热量为10560.1GJ,热不平衡率为61.8%,存在热累积现象。分析了岩土体在供暖季、过渡季、制冷季的温度变化情况,换热区域地层平均温度升幅在1.65-2.24℃之间,平均累计上升1.89℃,为该地区同类项目的开发具有一定的借鉴作用。

关键词：地源热泵地温监测热累积吸热放热特性

热累积效应对选区激光熔化钴铬合金组织和性能的影响

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应用激光 2023年第1期43卷 32-44页

作者：邓煜华黎振华姚碧波滕宝仁李颢昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650500 昆明理工大学机电工程学院云南昆明650500

为研究选区激光熔化成形过程中热累积效应对0°和90°两种构建方向性能的影响,在ANSYS模拟熔池尺寸和热累积效应的基础上,通过试验分析0°和90°两种构建方向的熔池尺寸、致密度、XRD、微观组织和力学性能的差异。结果表明,在相同体能... 详细信息

为研究选区激光熔化成形过程中热累积效应对0°和90°两种构建方向性能的影响,在ANSYS模拟熔池尺寸和热累积效应的基础上,通过试验分析0°和90°两种构建方向的熔池尺寸、致密度、XRD、微观组织和力学性能的差异。结果表明,在相同体能量密度条件下,垂直构建成形件的热累积效应要高于水平构建成形件,使其熔池尺寸和γ相含量高于水平构建成形,进而使两种构建方向成形件致密度和力学性能产生差异;同时,由于热累积效应的影响,垂直构建成形件的γ相含量随成形高度的变化而变化。

关键词：选区激光熔化钴铬合金 ANSYS有限元模拟热累积力学性能

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激光辐照生物细胞时热累积的研究

光学学报 2015年第A1期35卷 298-302页

作者：王晓娜徐夕曹超杰郭伟楠宋世德大连理工大学物理与光电工程学院辽宁大连116024 大连理工大学土木工程学院辽宁大连116024

光热效应是激光与生物组织相互作用时发生的重要效应之一，但其产生、传输和作用机理尚不十分清晰。激光辐照生物细胞时，温度是衡量其作用效果的重要参数，生物细胞中温度的变化间接反映了细胞的多种物理特性，在l临床应用中有重要作... 详细信息

光热效应是激光与生物组织相互作用时发生的重要效应之一，但其产生、传输和作用机理尚不十分清晰。激光辐照生物细胞时，温度是衡量其作用效果的重要参数，生物细胞中温度的变化间接反映了细胞的多种物理特性，在l临床应用中有重要作用。建立了激光辐照生物细胞时的数值模拟模型，通过热传输方程，运用有限元软件模拟并分析了激光辐照生物细胞时的热累积现象。拟合并分析了不同斩波周期下生物细胞的温度变化过程，并拟合出斩波周期为0．1s、辐照时间为0．2s时出现的两次温升、两次温降方程。实验结果表明只有当斩波频率达到一定值时才会出现热累积现象；同一激光辐照细胞热模型到达的最高温度与激光的斩波频率有关，激光斩波频率越高，所产生的光热效应越低。

关键词：生物光学光热效应热累积有限元软件斩波频率

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压榨胶辊的热累积

纸和造纸 1993年第3期12卷 6-7页

作者：隆言泉天津轻工业学院 300222

随着造纸机车速的不断提高,要求压榨部相应地增加压榨线压,因此对压区的操作动态压力以及增加压区线压对挂面胶层的影响,特别是纸机车速与压榨线压对胶辊温度的影响,尤需予以深入地研究。一、压榨胶辊的热累积当胶辊某一微分面积进入到... 详细信息

随着造纸机车速的不断提高,要求压榨部相应地增加压榨线压,因此对压区的操作动态压力以及增加压区线压对挂面胶层的影响,特别是纸机车速与压榨线压对胶辊温度的影响,尤需予以深入地研究。一、压榨胶辊的热累积当胶辊某一微分面积进入到压区之后,受到压榨力的作用,使得比较软的挂面胶层厚度降低,可是从橡胶的其它组分来讲,基本上是不可压缩的(波桑系数达到0.5),因此在压力作用下便会产生横向位移,等到走出了压区,才再恢复到原来的状态。

关键词：压榨胶辊热累积应力应变

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热累积效应对碳纳米管场发射特性的影响

太赫兹科学与电子信息学报 2015年第4期13卷 529-532页

作者：严飞李男男金大志陈磊向伟中国工程物理研究院电子工程研究所四川绵阳621999 中国工程物理研究院微系统与太赫兹研究中心四川绵阳621999

为进一步提高碳纳米管阴极的场发射能力,分析了不同条件下碳纳米管的场发射测试结果,研究了热累积效应对碳纳米管场发射性能的影响。实验结果表明,通过抑制场发射测试过程中阳极的热累积,可获得更大的发射电流和发射电流密度。该研究为... 详细信息

为进一步提高碳纳米管阴极的场发射能力,分析了不同条件下碳纳米管的场发射测试结果,研究了热累积效应对碳纳米管场发射性能的影响。实验结果表明,通过抑制场发射测试过程中阳极的热累积,可获得更大的发射电流和发射电流密度。该研究为进一步提高碳纳米管阴极场发射能力提供了参考。

关键词：热累积碳纳米管场发射性能发射电流

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尾砂胶结充填体蓄热性能的数值模拟

Journal of Central South University 2021年第7期28卷 2221-2237页

作者：张小艳赵敏刘浪郇超 SONG KI-IL 许慕妍文德 Energy School Xi’an University of Science and TechnologyXi’an 710054China Key Laboratory of Western Mines and Hazards Prevention Ministry of Education of ChinaXi’an 710054China Department of Civil Engineering Inha UniversityIncheon 402-751Korea

本文以实现深部矿产资源与地热协同开采为着眼点,对尾砂胶结充填体热累积过程进行数值模拟研究,分析了蓄热时间、料浆配比及热环境对充填体蓄热性能的影响,同时对比了围岩导热与采场风流对流换热对充填体热累积过程的影响。结果表明:充... 详细信息

本文以实现深部矿产资源与地热协同开采为着眼点,对尾砂胶结充填体热累积过程进行数值模拟研究,分析了蓄热时间、料浆配比及热环境对充填体蓄热性能的影响,同时对比了围岩导热与采场风流对流换热对充填体热累积过程的影响。结果表明:充填体总储热量在蓄热10~90天增大约85%。在本文模拟工况下,围岩温度和初始温度对总储热量的影响更为显著,其影响约为浆料配比的2倍。可见,围岩温度的升高和初始温度的降低能更有效地提高储热量。另外,热传导在充填体热积累过程中占有相当大的比重,平均导热量约为热对流量的25倍。该研究可为矿井地热资源开发中充填体热累积过程的优化提供理论依据和应用参考。

关键词：充填体热累积热传导热对流总储热量

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TIG电弧增材熔池行为的数值模拟研究现状

材料热处理学报 2020年第7期41卷 25-32页

作者：李春凤肖笑尹玉祥李晨张柯柯河南科技大学材料科学与工程学院河南洛阳471023 有色金属共性技术河南省协同创新中心河南洛阳471023

TIG(钨极惰性气体保护焊)电弧增材制造由于其材料利用率高、成形效果好等显著优势,已成为制造业研究的热点。本文从数值模拟的角度,着重总结了TIG增材熔滴过渡、热累积和熔池行为3个方面的重要结果。成形工艺参数决定熔滴过渡形式和频率... 详细信息

TIG(钨极惰性气体保护焊)电弧增材制造由于其材料利用率高、成形效果好等显著优势,已成为制造业研究的热点。本文从数值模拟的角度,着重总结了TIG增材熔滴过渡、热累积和熔池行为3个方面的重要结果。成形工艺参数决定熔滴过渡形式和频率,而熔滴的过渡形式和过渡频率直接影响沉积层的成形质量;热累积影响着成形件的微观组织和应力,可通过控制层间冷却时间来减少热累积;在进行TIG增材熔池数值模拟时,多选择高斯热源和双椭球热源模型。基于以上对TIG电弧增材制造的分析研究,对TIG电弧增材制造的研究方向进行了展望,主要包括建立熔滴与熔池的物理耦合模型和改进电弧热源模型两方面。

关键词： TIG电弧增材制造数值模拟熔滴过渡热累积熔池行为