有限边界对激光弯曲温度场的影响

通过激光点光源辐照板条表面温度场的试验和数值模拟,探讨了激光弯曲成形技术中板条内部热传导的规律,试验表明材料边界与周围环境之间的传热和其对内部材料的热传导对激光辐照下的板条表面温度场的影响显著,并可能导致材料在激光辐照下的热传导规律与经典的傅里叶热传导定律不相符合.通过将试验结果和现有理论的比较,建立了符合实际情况的有限元数值模型,进而分析了激光加工工艺参数对其温度变化的影响.     

高亚声速近壁流场模拟装置研究

采用计算流体力学方法对用于激光辐照热效应实验研究的高亚声速流场模拟装置的近壁流场进行了数值计算,分别针对靶材固壁为平面和弧面的情况比较了实验区无侧板和有侧板时的流场品质,结果表明侧板与靶材固壁构成的半开放槽道能够形成更大范围的均匀流实验区。根据数值计算优化的实验区结构参数研制了流场模拟装置,流场校测结果与数值计算符合良好,流场品质能够满足激光辐照热效应实验研究的要求。     

激光辐照强化技术的实验研究

 本文介绍了激光辐照强化技术在材料、结构方面的研究概况。在材料激光辐照参数优选的基础上,对Y7机长桁接头进行了辐照处理,并进行了模拟疲劳实验,研究了辐照参量对疲劳寿命的影响。试验结果表明辐照强化处理能显著地提高构件的疲劳寿命。     

碳纤维增强树脂基复合材料中激光脉冲能量对超声L波的影响

利用不同激光脉冲与碳纤维树脂基复合材料相互作用产生的瞬态热效应激发超声纵波(L波),分析激光脉冲能量对L波的影响.试验结果表明,激励声波的幅度直接与脉冲的能量相关,在高能量区的纵波幅度明显比在低能量区的大,缺陷的存在明显影响L波的存在和幅度.     

激光推力器材料耐热性能的数值分析

推力器是激光推进的重要部件,推力器材料的选择需要充分考虑其承受强激光辐射后的耐热性能,避免被熔化破坏。基于激光辐照一维加热熔化模型,提出了高精度和快速的温度场计算方法,研究了强激光辐照推力器材料时的熔化时间,材料表面及内部温度场分布,进一步提出了材料优选的原则:低激光吸收率、高热传导率。以部分典型材料为实例,对耐热性能进行了对比分析,并给出了较好的推力器材料。     

国外激光加工技术的发展和应用(中)

激光焊接适用于各种相同金属材料和不同金属材料间的焊接.与电子束、等离子焊接相比,激光焊接具有溶池净化效应,能纯净焊缝金属,焊缝的机械性能相当于或优于基材.激光焊接的质量和     

一种提高表面完整性的气膜孔成形方法

为了解决目前航空发动机涡轮叶片气膜孔成形工艺存在热影响严重等问题,提出了采用超快激光环切与螺旋扫描的加工方法,设计了一种可实现高效、无热效应气膜孔加工的双激光光源微加工系统,并从作用机理和实际加工过程两方面分析了热效应的产生原因,指出了其中的主要影响因素,然后针对这些因素选用DD6材料进行了工艺参数优化和实验验证.实验结果表明:采用500fs激光与微秒长脉冲激光复合加工的方式可以使精细钻孔的效率提升约10倍,并得到基本无重铸层和微裂纹的涡轮叶片气膜孔;其工艺参数包括扫描速度为2400r/min,重叠率为12%,进给量为5μm,重复频率为20kHz以及0.6Pa同轴吹气.表明超快激光配合合理的工艺参数和加工方式可以实现无热效应气膜孔加工,是一种有效提高气膜孔成形表面完整性的工艺方法.      

激光冲击在材料成形领域的应用

激光冲击是一种先进的金属材料表面强化技术,显著的强化效果在多种不同金属材料上得到实际验证和普遍认可。为防止激光冲击对精密零部件尺寸产生影响或合理利用激光冲击诱导金属材料的塑性变形以实现成形目的,有必要对激光冲击作用下的材料变形准则进行深入研究。本文分析了激光冲击诱导不同材料的变形规律,基于应力梯度与冲击弯曲等变形机制解释了激光冲击在变形现象中的局限性,提出激光冲击引发材料变形基础研究的必要性,进而总结了激光参数以及冲击方式、约束方式等多因素对激光冲击变形的影响规律,证实多参数调整与优化对控制激光冲击变形量的重要作用。分析了数值仿真方法在激光冲击变形技术研究中的优势,同时提出建立适应高应变率变形的材料本构模型以及完善激光等离子体形成过程模拟。通过激光冲击校形工艺的介绍对激光冲击变形规律在先进制造业中的发展进行展望,并提出了零部件激光冲击校形及其变形量在线监测的研究方向。     

金属零件激光增材制造技术的发展及应用

激光选区熔化技术与选择性激光烧结技术的不同之处在于后者粉末材料往往是一种金属材料与另一种低熔点材料的混合物,成形过程中,仅低熔点材料熔化或部分熔化把金属材料包覆粘结在一起,其原型表面粗糙、内部疏松多孔、力学性能差,需要经过高温重熔或渗金属填补空隙等后处理才能使用;而前者利用高亮度激光直接熔化金属粉末材料,无需粘结剂,由3D模型直接成形出与锻件性能相当的任意复杂结构零件,其零件仅需表面光整即可使用。     

W18Cr4V激光表面合金化熔池的形成

本文利用０－２ｋＷ连续可调ＣＯ２气体激光器对Ｗ１８Ｃｒ４钢进行表面合金化处理。在研究了激光辐照温度场模型以后，分析了金属的激光加热过程以及激光溶池内的受力和对流运动。根据组织特征考察了激光辐照后材料的凝固模式。     

脉冲激光刻蚀作用下冷喷涂沉积过程数值模拟

脉冲激光会烧蚀材料形成表面微纳结构,研究该刻蚀作用下的冷喷涂沉积过程,以提高表面修复质量与效率。首先,结合脉冲激光作用过程与实验观测结果建立了单/多粒子与基板的沉积模型;其次,运用热-结构耦合算法对存在表面微纳结构时的粒子/基板碰撞过程开展数值模拟,研究了脉冲激光刻蚀作用对冷喷涂材料沉积过程的影响;最后,分析了脉冲激光-冷喷涂复合修复过程中材料的沉积机理。结果表明,刻蚀作用形成的微纳结构使得粒子与基板的温度分布更加均匀,形变更加复杂,特别是碰撞中心区域的形变得到显著提升;且粒子碰撞在基板表面微纳结构的波峰处时应变、温升最大,波谷处时最小;脉冲激光-冷喷涂的沉积机理为塑性射流处的机械-物理结合与激光熔化区的冶金焊合。     

激光熔覆裂纹的形成机理及控制方法

激光熔覆技术是利用激光辐射使熔覆材料和基体表面同时熔化并快速凝固、从而显著改善基体材料物理性能的一种新工艺方法。但激光熔覆工艺的选择不当则会使熔覆层产生裂纹、气孔、未熔合等,从而影响熔覆制件的综合性能。本文研究了激光熔覆裂纹的种类以及熔覆层的应力类型,分析了裂纹产生的机理,指出材料间热膨胀系数、弹性模量的明显差别及激光熔池区域的温度梯度所决定的热应力是熔覆层裂纹形成的根源。并从熔覆材料和基体材料的合理选择、成形工艺参数的合理设计及热处理等方面,阐述了熔覆裂纹的影响因素和控制方法。     

容器热物性参数对蓄热系统性能影响的数值研究

建立了分析潜热蓄热系统蓄热性能的二维数学模型,并进行了数值计算.其中考虑了容器壁面的导热,且相变传热只考虑导热模型,对相变材料(PCM)相变过程的求解采用解耦法计算模型.对几种不同材料容器内PCM熔化过程进行了数值计算比较,结果表明,容器材料的导热系数、比热容和密度等热物性参数对PCM的熔化有很大的影响.此外还对不同初始温度和边界壁温对PCM熔化的影响进行了数值计算.所得结论对潜热蓄热系统的热性能及其优化设计有一定的指导作用.      

1 500℃极端高温环境下高超声速飞行器轻质隔热材料热/振联合试验

远程高超声速飞行器处于极为恶劣的气动加热与振动耦合环境中,长时间的高温与振动载荷相互叠加会导致飞行器热防护材料出现裂纹、错位、剥离或脱落,甚至会引发致命的安全事故。因此热防护材料在极端高温环境下的地面热/振联合试验测试,对于高超声速飞行器的安全可靠性设计极为重要。建立高温与振动复合试验环境,设法解决轻质多孔隔热材料在强振动下,表面温度难于准确测量与控制的难题,制作水冷式隔热装置保护价格昂贵的振动激励设备等,实现了1 500℃高温环境下高超声速飞行器轻质隔热材料的热/振联合试验。得到非金属隔热材料陶瓷纤维板内部的断裂形貌及裂纹断面特征。根据试验前、后材料的表观及微观变化以及内部结合剂的变化等试验结果,对材料进行改进。经过试验测试后,达到了使用要求。本文建立的1 500℃极端高温环境下的热/振联合试验系统及试验结果为远程高超声速飞行器热防护材料的抗振动能力评估、隔热效果确定以及材料性能的改进提供了重要支撑。     

300M钢激光熔覆耐磨防腐自润滑涂层温度场数值模拟研究

为了提高飞机起落架减震支柱300M超高强钢的抗磨性能,突破由于温度梯度过大诱发的激光熔覆耐磨防腐自润滑涂层裂纹等技术瓶颈,基于ANSYS软件的生死单元法编制热循环程序,考虑自润滑相和耐磨相材料热物性参数随温度的变化、相变潜热、激光熔覆过程中与外界的换热、激光熔覆功率、激光熔覆扫描速率等因素对激光熔覆过程温度场、熔池、温度梯度的影响,建立300M超高强钢激光熔覆耐磨防腐自润滑涂层温度仿真模型。结果表明:基体的熔化需要激光、熔化的粉末等综合作用使传导到该区域的有效能量达到熔化的临界值,熔化高度增加率随激光功率的增加先降低后增加,熔化高度减少率随激光扫描速率的增加先变小后变大;由于激光熔覆的不同区域温度、冷却速率差异等综合因素影响,熔覆层熔池的纵截面为勺状熔池;伴随激光功率的增加,由于熔覆层不同区域对能量输入产生的温度响应速率差异导致Z方向温度梯度值增加,且最大冷却速率增加;伴随激光扫描速率的增加,激光输入能量降低,降低了高温区域温度及激光的快速局部加热等综合影响,Z方向温度梯度值降低。通过调控激光参数,在保持熔覆层结合强度的条件下,基体熔凝区能被控制到最小,并能够降低温度梯度。     

基于热解过程的EPDM变热物性数值传热

针对三元乙丙橡胶(EPDM)类绝热材料热载荷作用下的热解炭化过程,基于热解动力学和多孔介质传质传热理论,建立了芳纶/EPDM绝热材料热物性参数随温度和时间变化的变热物性模型,并通过与实验的对比,验证了模型的准确性与可靠性。随后对热载荷作用下的烧蚀热响应开展了数值计算,结果表明:热载荷作用初期,材料表面升温迅速,随着能量不断传递,温度推进速率明显降低,炭化层厚度增长减慢,部分材料仍为原始状态；温度对热解反应速率的影响呈指数级,距表面越近反应速率越快,反之则慢。所提出的变热物性模型对绝热材料的烧蚀研究具有一定的参考价值。      

Development and Application of Laser Peening in Japan

Recent advances in laser technology have yielded amultitude of innovative processes and applications invarious industries. Laser peening without protectivecoating (LPPC) is a typical example and blazes a trail inthe field of preventive maintenance of operating nuclearfacilities, taking full advantage of inertia-less processover mechanical treatment[1]. LPPC introduces a compres-sive residual stress on metal surface by simply irradiat-ing laser pulses under water environment[2] . A remotepro…     

增材制造修复技术在飞机大修中的应用

本文阐述了飞机大修中金属件原件修复现状,指出了机械加工减材修复技术无法满足修复要求的缺陷,提出了增材制造修复技术在金属故障件修复中的优点与必要性。同时针对飞机常见的形状尺寸类、材料强度类、表面涂层类三类故障,分析了修复应用工艺流程、修复再制造评定、修复工艺方法选择以及修复质量评定要求。指出了激光熔覆、热喷涂、冷喷涂等先进增材制造修复技术在飞机大修中的典型应用范围。针对应用中存在的标准与手段缺乏、认可认证等问题提出了改进建议。     

金属材料激光表面改性与高性能金属零件激光快速成形技术研究进展

 简要报道本实验室目前在先进航空金属材料激光表面改性及高性能金属零件激光快速成形技术研究与应用的新进展。主要内容包括 :(1 )钛合金耐磨阻燃激光表面合金化与激光熔覆表面改性技术;(2 )刷式密封及指尖密封跑道高温自润滑耐磨涂层新材料及其激光熔覆制备新技术;(3 )难熔金属硅化物复合材料高温耐磨耐蚀多功能涂层新材料及激光熔覆涂层技术;(4 )高性能 /梯度性能钛合金及高温合金结构件激光快速成形技术。