复杂薄壁零件激光快速成形过程的热力耦合场数值模拟

研究直接激光成形过程中叶片温度场与热应力场的关系，改善成形质量。以空心叶片为例，根据激光测量仪测得的散点图，用圆弧逼近得到叶片的近似轮廓。利用有限元软件MSCMarc建立Ti-6A1-4v（TC4）圆弧逼近的空心叶片的有限元模型，并对激光直接成形过程进行数值模拟，得到叶片在成形过程以及冷却过程中的温度场和热应力场。随着成形的进行，由于热量的积累，成形叶片的温度不断升高，已成形部位的热应力随着成形过程的热循环不断变化，小曲率半径处的热应力大，且热循环对热应力变化影响较小；在直接激光成形结束后，整体温度开始下降，各处的热应力都逐渐升高。通过分析温度场和热应力场的分布情况，得到不同曲率半径对温度场和热应力场的影响规律。基于模拟结果，总结的规律和试验经验，提出改善成形质量的有效方法。并利用激光直接成形技术，加工出模拟分析模型的实物零件，验证模拟和结论的正确性。