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申请/专利权人：北京工业大学

摘要：本发明公开了一种高温合金复合粉末激光熔覆涂层瞬态热应力分析方法，包括：基于高温合金复合激光熔覆涂层建立复合材料库，利用数值计算得到材料的热物性能参数；基于所建立的材料库，对建立的激光熔覆涂层模型进行温度场的仿真研究，本发明建立了与实际情况更相符合的平面热源耦合模型；基于温度场的仿真结果，本发明通过顺序热力耦合分析方法实现高温合金复合涂层激光熔覆过程中瞬态热应力场的分布和演变，最终建立激光熔覆涂层的质量评价指标与温度场和瞬态热应力场之间的映射关系。

主权项：1.一种高温合金复合粉末激光熔覆涂层瞬态热应力分析方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：基于高温合金复合涂层建立激光熔覆层模型；其中，所述高温合金复合涂层通过激光熔覆工艺，由包括金属和陶瓷基的复合粉末经激光照射在基板表面制备得到；步骤二：基于所建激光熔覆层模型，利用数值计算得到所述高温合金复合粉末涂层的热物性能参数；步骤三：基于所建激光熔覆层模型，以所述平面热源耦合模型作为温度场分析的载荷；步骤四：将所述基板的热物性能参数和所述高温合金复合粉末的热物性能参数作为有限元计算的输入参数，利用有限元模型得到激光熔覆工艺过程中高温合金复合材料涂层的温度场模拟数据；步骤五：将模拟温度场数据与实验进行比对之后进行再进行热力耦合分析，实现高温合金复合粉末涂层激光熔覆工艺过程中瞬态热应力场的分布与演变；步骤六：通过建立不同工艺参数下激光熔覆涂层质量评价指标与温度场和瞬态热应力场之间的映射关系，为优化工艺参数提供参考；所述高温合金复合涂层通过激光熔覆工艺，由包括高温合金复合粉末的原料经激光照射在基体表面制备得到；所述热物性能参数包括计算密度、杨氏模量、热导率、比热容、热膨胀系数和泊松比；所述热力耦合前的分析，对所述温度场模拟数据与实验数据对比，在激光熔覆涂层有限元模型上设置多个温度采样点，加工激光熔覆工艺参数与仿真相同的试样，在试样上设置与激光熔覆涂层有限元模型相同的温度采样点，然后对比实验温度采样点与有限元温度采样点的温度-时间数据，进行误差分析；所述顺序热力耦合方法，将所述温度场模拟数据作为应力场分析的载荷，其中，所述高温合金复合涂层以及基体的应力应变计算服从胡克定律和各向异性屈服准则，经过瞬态应力计算，实现高温合金复合涂层激光熔覆过程中瞬态热应力场的分布和演变；所述为优化工艺参数提供指导，建立不同工艺参数下高温合金复合激光熔覆涂层质量评价指标与瞬态热应力场之间的映射关系；所述温度场包括对温度场模拟数据进行实验比对，对温度场的仿真和实验结果进行误差分析；步骤三建立的双椭球热源耦合模型中，基于传热学原理计算激光熔覆工艺过程中温度场变化，设置基体与环境之间，熔覆层与基体之间，熔覆层与熔覆层之间由热对流和热辐射进行热量传递，其中热对流和热辐射由牛顿冷却方程有式1和斯特凡-玻尔兹曼定律由式2确定；qcon＝-hconTs-Ta1qrad＝-εσ[Ts+273.154+Ta+273.154]2式中，qcon表示热对流，qrad表示热辐射；hcon是对流传热系数，Ts是模型表面温度，Ta是环境温度；ε和σ分别定义了热辐射系数和斯特凡-玻尔兹曼常数；使用双椭球热源模型作为激光热源模型，前热源和后热源分别由等式3和4定义： 其中，q是激光功率，η是热源的热效率，η的值为0.95；af，ar，b，c是热源模型的参数，ff和fr指的是能量分配系数，其值分别为0.6和1.4。

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