鋁合金薄壁構(gòu)件激光焊接多尺度建模與仿真

目錄
第1章　緒論　1　
1.1　激光與材料的相互作用　2　
1.1.1　激光對材料的加熱效應(yīng)　2　
1.1.2　激光對材料的熔化及氣化效應(yīng)　3　
1.1.3　激光誘導(dǎo)等離子體效應(yīng)　4　
1.2　鋁合金薄壁構(gòu)件特點(diǎn)及應(yīng)用簡介　4　
1.2.1　鋁合金材料特性、分類及焊接性能　4　
1.2.2　鋁合金薄壁構(gòu)件焊接特點(diǎn)及應(yīng)用　5　
1.3　激光焊接技術(shù)簡介　5　
1.3.1　激光焊接原理　5　
1.3.2　激光焊接特點(diǎn)　7　
1.3.3　激光焊接質(zhì)量影響因素　7　
1.4　激光焊接熔池凝固過程簡介　9　
1.4.1　激光焊接熔池凝固特征　9　
1.4.2　激光焊接熔池凝固形貌　11　
1.5　激光焊接宏觀傳熱流動(dòng)行為研究現(xiàn)狀　13　
1.5.1　激光焊接宏觀傳熱流動(dòng)行為實(shí)驗(yàn)研究　13　
1.5.2　激光焊接宏觀傳熱流動(dòng)行為數(shù)值模擬研究　15　
1.6　激光焊接微觀組織演化行為研究現(xiàn)狀　17　
1.6.1　激光焊接微觀組織演化行為實(shí)驗(yàn)研究　17　
1.6.2　激光焊接微觀組織演化行為數(shù)值模擬研究　19　
本章參考文獻(xiàn)　26　
第2章　鋁合金薄板激光焊接過程多尺度建模與求解　29　
2.1　激光焊接宏觀傳熱-流動(dòng)耦合模型　30　
2.1.1　耦合模型基礎(chǔ)理論　30　
2.1.2　幾何模型　33　
2.1.3　邊界條件　34　
2.1.4　控制方程離散與數(shù)值求解　35　
2.2　凝固過程微觀組織模擬相場模型　37　
2.2.1　形核模型　37　
2.2.2　定量相場模型　38　
2.2.3　多晶生長模型　40　
2.2.4　磁場作用下的相場模型　41　
2.3　激光焊接熔池凝固過程宏-微觀跨尺度關(guān)系　43　
2.4　多節(jié)點(diǎn)多GPU并行計(jì)算求解方法　45　
2.4.1　CPU-GPU異構(gòu)體系結(jié)構(gòu)　45　
2.4.2　并行編程模型　46　
2.4.3　計(jì)算域分解　48　
2.5　程序代碼編寫示例與說明　49　
2.5.1　相場離散　49　
2.5.2　溶質(zhì)場離散　52　
本章參考文獻(xiàn)　54　
第3章　激光焊接宏觀傳熱流動(dòng)行為與凝固參數(shù)分布　57　
3.1　激光焊接實(shí)驗(yàn)材料、設(shè)備及方法　58　
3.2　激光焊接宏觀傳熱流動(dòng)模型驗(yàn)證　59　
3.3　鋁合金薄板激光焊接傳熱流動(dòng)行為分析　62　
3.3.1　熔池流動(dòng)行為分析　62　
3.3.2　熔池傳熱行為分析　64　
3.4　焊接工藝參數(shù)對熔池傳熱流動(dòng)行為的影響　65　
3.5　熔池凝固參數(shù)分布及其對微觀組織的影響　67　
3.5.1　熔池凝固參數(shù)分布規(guī)律　67　
3.5.2　凝固參數(shù)分布對微觀組織的影響　68　
本章參考文獻(xiàn)　73　
第4章　鋁合金薄板激光焊接凝固初期微觀組織演化　75　
4.1　未考慮形核的多尺度模型驗(yàn)證　76　
4.1.1　晶粒組織層面的多尺度模型驗(yàn)證　77　
4.1.2　枝晶組織層面的多尺度模型驗(yàn)證　77　
4.2　平面晶向胞狀晶轉(zhuǎn)變及界面穩(wěn)定性機(jī)制　78　
4.2.1　平面晶向胞狀晶轉(zhuǎn)變過程　78　
4.2.2　界面穩(wěn)定性機(jī)制　80
4.3胞狀晶向柱狀晶轉(zhuǎn)變及枝晶間距調(diào)整機(jī)制　82　
4.3.1　胞狀晶向柱狀晶轉(zhuǎn)變過程　82　
4.3.2　枝晶間距調(diào)整機(jī)制　83　
4.4　基于枝晶演化的多晶粒競爭生長機(jī)制　86　
4.4.1　晶粒組織瞬態(tài)生長過程　86　
4.4.2　晶粒競爭生長機(jī)理　88　
本章參考文獻(xiàn)　89　
第5章　鋁合金薄板激光焊接全焊縫凝固微觀組織演化　91　
5.1　鋁合金薄板激光焊接焊縫等軸晶形核機(jī)制　92　
5.1.1　實(shí)驗(yàn)原理及方法　92　
5.1.2　基于“重疊焊接”方法的等軸晶形核機(jī)制　93　
5.1.3　異質(zhì)形核核心物相　95　
5.2　考慮晶粒形核的多尺度模型驗(yàn)證　97　
5.3　全焊縫熔池凝固微觀組織動(dòng)態(tài)演化過程　99　
5.4　焊縫溶質(zhì)元素偏析行為　105　
5.5　異質(zhì)核心數(shù)量密度對全焊縫凝固微觀組織的影響　109　
本章參考文獻(xiàn)　111　
第6章　磁場作用下鋁合金激光焊接微觀組織演化　113　
6.1　外加輔助磁場激光焊接實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬參數(shù)　114　
6.1.1　實(shí)驗(yàn)材料、設(shè)備及方法　114　
6.1.2　數(shù)值模擬參數(shù)　115　
6.2　磁場對激光焊接熔池流動(dòng)行為的影響　116　
6.2.1　鋁合金激光焊接過程中熔池流動(dòng)行為及其數(shù)值模擬　116　
6.2.2　磁場作用下鋁合金激光焊接熔池流動(dòng)行為及其數(shù)值模擬　121　
6.2.3　磁場對鋁合金激光焊接熔池流動(dòng)行為的影響　128　
6.3　磁場作用下的等軸晶生長行為　131　
6.3.1　等軸晶生長初始時(shí)刻熱電磁力解析模型　131　
6.3.2　等軸晶生長初始時(shí)刻熱電磁流動(dòng)數(shù)值模擬　133　
6.3.3　磁場對等軸晶形貌的影響　135　
6.4　磁場作用下的柱狀晶生長行為　137　
6.4.1　自然對流作用下的柱狀晶生長行為　137　
6.4.2　磁場對柱狀晶生長行為的影響　138　
6.4.3　磁感應(yīng)強(qiáng)度對柱狀晶形貌的影響　140　
6.5　磁場作用下平面晶向柱狀晶的過渡行為　142　
本章參考文獻(xiàn)　148　
第7章　鋁合金激光焊接焊縫凝固微觀組織工藝調(diào)控方法　151　
7.1　激光焊接工藝參數(shù)優(yōu)化　152　
7.2　激光焊接微合金化　156　
7.3　磁場輔助激光焊接　160　
7.4　顆粒增強(qiáng)激光熔注焊接　162　
7.5　擺動(dòng)激光焊接　167　
本章參考文獻(xiàn)　173