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空心叶片激光快速成形过程的温度/应力场数值模拟
  • ISSN号:0258-7025
  • 期刊名称:《中国激光》
  • 时间:0
  • 分类:TG665[金属学及工艺—金属切削加工及机床]
  • 作者机构:[1]西北工业大学 凝固技术国家重点实验室,陕西西安710072, [2]西北工业大学 高性能计算研究与发展中心,陕西西安710072
  • 相关基金:国家自然科学基金(50331010,50201012和50405038)资助项目
中文摘要:

针对航空发动机空心涡轮叶片激光快速成形(LRF),建立了温度场/应力场瞬态模型,采用有限单元生死技术模拟了熔覆层的沉积生长过程。采用随动强化及米塞斯屈服准则进行了热弹塑性分析,通过问接耦合模拟了TC4钛合金空心叶片激光快速成形的温度场/应力场演变过程。结果分析表明,在TC4钛合金空心叶片激光快速成形过程中,随着熔池的移动和成形高度的增加,温度场和应力场动态演化,其中由于基座的冷却及约束作用和熔池加热及应力释放作用,激光快速成形空心叶片温度和应力/应变场沿高度(z轴)方向呈梯度分布。温度场上高下低,散热方向从上至下,从熔池到基座;应力场下高上低,叶根等效应力最大。空心叶片激光快速成形结束冷却到室温,残余应力与熔覆过程应力分布规律基本相同,只是叶片顶部等效应力有所提高。

英文摘要:

A transient temperature/stress field finite-element model for the laser rapid forming (LRF) process of a hollow blade of aeroengine is developed. The deposition process is simulated with the finite element birth and death technology, the thermo-plastics is analyzed by hilinear isotropic hardening and Von Mises yield criteria, and the indirectly coupled temperature/stress field evolution during the LRF process of a TC4 alloy hollow blade is simulated. The results show that during the LRF process of a TC4 alloy hollow blade, the temperature/stress field in the TC4 alloy hollow blade is dynamically developed with the movement of melting pool and increase of forming height. For the reason of cooling/constrain effect of the suhstrate and heating/stress-release effect of the melting pool, the temperature/stress field gradient distributes along the altitude direction. The temperature declines from the top to the bottom, and the heat dispersing direction was from the top to the bottom i. e. , from the melting pool to the suhstrate. The stress field increases from the top to the bottom, and reaches a maximum at the bottom of the blade. When the blade was cooled to room temperature, the residual stress distribution is similar to that in the cladding process, expect for a larger stress at the top of the blade.

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期刊信息
  • 《中国激光》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国光学学会 中国科学院上海光学精密机械研究所
  • 主编:周炳琨
  • 地址:上海市嘉定区清河路390号
  • 邮编:201800
  • 邮箱:cjl@siom.ac.cn
  • 电话:021-69917051
  • 国际标准刊号:ISSN:0258-7025
  • 国内统一刊号:ISSN:31-1339/TN
  • 邮发代号:4-201
  • 获奖情况:
  • 中国自然科学核心期刊,物理学类核心期刊,无线电子学·电信技术类核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:26849