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《基于LevelSet方法的小孔和熔池動態(tài)形成過程模擬研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、學校代號：10532學密號：S10021131級：公開湖南大學碩士學位論文基于Level—Set方法的小孑L和熔池動態(tài)形成過程模擬研究堂僮由請厶姓名；史墊垃昱!
2、亟絲名壁驅(qū)疊；亟蝗熬援墻差望僮；扭撼皇垂墊王猩堂瞳童些名整；扭撼王程詮窒握童旦塑12Q!三生Q三月!墨日迨室筌避日期；2Q!三生Q三旦2魚日簽攢委基金圭廑；周查雄熬援StudyonSimulationofKeyholeandWeldingPoolDynamicFormationProcessBasedontheLevel．SetMethodBySHI
3、RukunB．E．(TangshanNormalUniversity)2010AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringMechanicalEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorZHANGYiMarch，2013㈣9Ⅲ8㈣2吣?、?洲3㈣Z㈣Y湖南大學學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈
4、交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名：史西砷日期舢年乒月2R學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)湖南大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢
5、索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學位論文。本學位論文屬于1、保密口，在年解密后適用本授權(quán)書。2、不保密團。(請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打“√”)作者簽名：更、由砷導師簽名：孝p，良釗。日期：為廖年q-．j目2日同期：如B年≯月2I：t基于LevelSet方法的小孔和熔池動態(tài)形成過程模擬研究摘要激光焊接在航空航天、汽車、鐵路、大型艦船等國民經(jīng)濟領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，但激光深熔焊接過程物理現(xiàn)象非常復(fù)雜，目前學術(shù)界對焊接中小孔及熔池動態(tài)形成機理的理解尚不清楚。圍繞上述關(guān)鍵基礎(chǔ)問題，本文在總結(jié)激光深熔焊接現(xiàn)有研究
6、成果的基礎(chǔ)之上，建立了基于Level．Set方法的小孔和熔池動態(tài)形成過程三維仿真模型，該模型可實現(xiàn)對焊接過程中運動氣液界面的追蹤，從而得到焊接小孔和熔池的瞬態(tài)形貌。本文主要研究了激光深熔焊接過程中小孔和熔池動態(tài)的形成過程，模型中考慮了自由界面演化、表面蒸發(fā)、Knudsen層、均值沸騰以及光束在孔內(nèi)多次反射傳輸?shù)纫蛩?。同時，本文還理論分析和模擬研究了焊接過程中小孔和熔池動態(tài)形成階段的等離子體特征參量，如溫度分布、功率密度分布，壓強分布及速度分布。首先，本文構(gòu)建了基于Level—Set方法界面追蹤模型，對Leve
7、l—Set方法在激光焊接中的應(yīng)用做了模型化公式推導，包括Level．Set方程的離散化、運動界面的法線與曲率的演算、窄帶化的自適應(yīng)網(wǎng)格理論和重新初始化。其次，構(gòu)建了焊接小孔形成數(shù)值模型，采用Level—Set方法追蹤氣液界面的運動，采用混合連續(xù)模型追蹤固液界面的運動。通過Navier．Stokes方程推導出氣液界面處動量的邊界條件，考慮了導致小孔和熔池形成的兩個主要的驅(qū)動力．熱毛細力和金屬蒸汽的反沖壓力。通過將同工藝參數(shù)下計算得到的小孔和熔池仿真結(jié)果與同軸在線監(jiān)測裝置拍攝得到的小孔及熔池對比，小孔直徑與熔池寬
8、度誤差分別為8％和6．6％，結(jié)果證明該模型較準確的反映了焊接小孔及熔池動態(tài)形成。再次，通過界面形貌、金屬蒸汽流場、孔壁功率密度和溫度分布等方面，研究了激光深熔焊接小孔和熔池的瞬態(tài)形貌特征及動態(tài)形成過程。結(jié)果表明：焊接過程中焊接熔池高于焊接表面，熔池在小孔前沿薄后沿厚，溫度梯度在小孔前沿大后沿小，小孔及熔池前沿和后沿存在明顯的非對稱性；通過激光焊接過程中金屬蒸汽流速度場發(fā)現(xiàn)孔壁上蒸發(fā)的金屬蒸汽由孔壁流向小孔中軸線，且向孔外噴射；金屬蒸汽在小孔中軸線處的流速高于孔壁處的流速，小孔頂部處的流速高于孔底處的流速，最大
9、流速80m／s；孔壁上的激光功率密度分布不均勻，孔底激光功率密度最大；孔壁最高溫度為3700K，高于汽化溫度567K，位于孔底處；激光照射到材料的瞬間，孔深變化速度最快，為O．2lmm／ms；小孔形成的初級階段孔深的變化較快，但隨著小孔深度的增加，孔深變化速度逐漸下降。最后，對焊接小孔和熔池動態(tài)形成過程中的等離子體特征進行了模擬研究，模型基于質(zhì)量和能量守恒，考慮了焊接過程中的均值沸騰和表面蒸發(fā)現(xiàn)象，
