激光重熔熱力耦合場有限元分析流程

摘 要：激光重熔過程中溫度及應力的演變決定著成形件的組織和服役性能。以ANSYS平臺為例，綜述了激光重熔過程中溫度場和應力場的分析流程，深入討論了分析過程中的網格劃分、移動熱源施加、邊界條件設定、熱力耦合場、后處理等關鍵問題的處理方法，為激光重熔數值模擬提供一定的理論借鑒。

關鍵詞：激光重熔 熱力耦合場 數值模擬

中圖分類號：TG174.44文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）04（c）-0222-03

激光重熔技術是一種采用高能密度的激光束照射金屬或涂層表面，使金屬表層或涂層快速熔凝與基體形成冶金結合，從而實現金屬表面強化的方法[1-2]。但激光重熔過程中溫度場和應力場的演變影響著成形件的組織、成分，進而決定著成形件的輔以性能，因此掌握激光重熔過程中熱力耦合場的分布至關重要。

但激光重熔過程時間短，物理、化學、冶金變化較為復雜，現有的實驗手段很難準確獲得溫度場及應力場的分布。因此很多學者偏向于采用數值模擬的手段來掌握其溫度、應力演變過程。該文基于ANSYS平臺，詳細綜述了激光重熔過程中溫度場及應力場分析流程和關鍵問題的處理方法，旨在為后續溫度場與應力場數值模擬提供必要的理論依據。

1 熱力耦合場分析方案及模型假設

在激光重熔過程中，影響重熔層組織結構的主要因素包括材料性能、激光工藝參數，而工藝參數則是熔池溫度及形狀變化的原因，具體工藝參數包括：激光功率P、掃描速度V、光斑直徑D等?！?br>