激光熔覆再制造产品热损伤与寿命评估
作者：廖文和等著
出版时间：2017年版
内容简介
《激光熔覆再制造产品热损伤与寿命评估》介绍了金属材料激光熔覆的相变理论，基于有限元的激光熔覆技术数值仿真分析热-力学特征，基于材料微观非连续性特征以及相变特征的激光熔覆热损伤量化评定模型，基于损检测技术的铁磁材料再制造热-疲劳耦合损伤特征的试验研究，基于单道熔覆几何特征建模的激光熔覆技术在再制造中的应用。为了促进该技术的广泛应用，针对金属零部件再制造系统阐述了毛坯损伤与剩余寿命评估方法以及考虑熔覆热-疲劳耦合损伤的激光熔覆再制造产品寿命评估方法等。
目录
目录
前言
第1章 引论 1
1.1 激光熔覆与绿色再制造 1
1.2 激光熔覆技术研究现状 3
1.3 机械制造领域的热损伤研究 6
1.4 再制造产品的寿命评估方法 8
第2章 激光熔覆热损伤的相变分析 12
2.1 材料相变热力学 12
2.1.1 相变及其分类 12
2.1.2 相变驱动力与新相的形成 14
2.2 材料相变动力学 17
2.2.1 相变形核率 17
2.2.2 新相的长大 18
2.2.3 新相转变体积分数 20
2.3 激光熔覆后材料的金相形貌 21
2.3.1 激光与材料相互作用 21
2.3.2 激光熔覆过程中的能量分配 22
2.3.3 熔覆层金相形貌 23
2.3.4 基体上的金相形貌 25
第3章 激光熔覆的数值仿真分析 29
3.1 激光熔覆仿真简介 29
3.2 有限元模型描述 29
3.2.1 物理模型及假设 29
3.2.2 热源模型及其加载 32
3.2.3 热传递的基本方式及边界条件 33
3.3 温度场仿真结果 34
3.3.1 激光功率对温度场的影响 35
3.3.2 扫描速度对温度场的影响 40
3.3.3 光斑直径对温度场的影响 44
3.3.4 温控基体热影响范围 46
3.4 残余应力仿真结果 47
3.4.1 热力耦合的理论关系 47
3.4.2 熔覆残余应力的共性特征 48
3.4.3 各参数对残余应力的影响 52
3.4.4 应力仿真结论 59
第4章 激光熔覆热损伤量化评定模型 61
4.1 熔覆热损伤试验论证 61
4.1.1 试验方案 61
4.1.2 静强度试验 62
4.1.3 疲劳试验 65
4.2 热损伤定量评估模型 68
4.2.1 非连续性损伤因子 68
4.2.2 显微硬度损伤因子 69
4.2.3 残余应力损伤因子 72
4.2.4 热损伤程度量化评定综合模型 74
4.3 参量模型应用 75
4.3.1 硬度损伤因子 75
4.3.2 应力损伤因子 80
第5章 基于损检测的再制造热-疲劳耦合损伤研究 83
5.1 损检测技术的选择 83
5.2 磁记忆技术的基本理论 84
5.2.1 磁致伸缩与磁机械效应 84
5.2.2 铁磁工件的自发磁化 85
5.2.3 磁记忆检测原理 86
5.3 激光表面处理热损伤磁记忆相关性研究 88
5.3.1 试验方案 88
5.3.2 基于疲劳累积损伤的磁记忆检测结果 89
5.3.3 基于疲劳累积损伤的热损伤磁信号检测结果 92
5.3.4 结果探讨 94
5.4 激光熔覆热-疲劳耦合损伤金属磁记忆检测 96
5.4.1 激光熔覆试件制备 96
5.4.2 激光熔覆试件初始热损伤检测 96
5.4.3 熔覆试件热-疲劳耦合损伤检测 100
第6章 激光熔覆工艺基础及其再制造应用 105
6.1 单道熔覆几何特征 105
6.1.1 粉末流对激光的衰减作用 105
6.1.2 熔覆层几何特征数学模型 107
6.2 单道熔覆试验研究 111
6.2.1 试验条件 111
6.2.2 工艺参数选择 111
6.2.3 试验结果分析 112
6.3 基于回归正交试验的模型修正 120
6.3.1 激光熔覆几何特征模型修正方法 120
6.3.2 二次回归正交试验设计及回归方程分析 121
6.3.3 修正模型及模型精度检验 127
6.4 激光熔覆几何特征与再制造应用 131
6.4.1 激光熔覆再制造工艺规划 131
6.4.2 单道几何特征模型在工艺规划中的应用 136
第7章 再制造毛坯损伤与剩余寿命评估 140
7.1 疲劳累积损伤理论 140
7.2 疲劳寿命评估方法 141
7.2.1 名义应力法 142
7.2.2 局部应力-应变法 142
7.3 再制造毛坯损伤与剩余寿命评估模型 143
7.3.1 非线性疲劳累积损伤模型修正 144
7.3.2 修正模型材料参数的确定 145
7.3.3 再制造毛坯剩余寿命评估 147
第8章 激光熔覆再制造产品寿命评估 150
8.1 激光熔覆热-疲劳耦合损伤评估模型 150
8.1.1 Chaboche非线性连续疲劳累积损伤模型修正 150
8.1.2 模型材料参数的确定 151
8.1.3 激光熔覆热-疲劳耦合损伤评估研究 152
8.1.4 基于非线性连续损伤的激光熔覆再制造试件寿命评估 154
8.2 基于能量法的激光熔覆再制造试件寿命评估 156
8.2.1 常用能量法简介 156
8.2.2 激光熔覆试件疲劳裂纹萌生寿命评估 158
8.2.3 激光熔覆试件疲劳裂纹扩展寿命评估 161
8.3 铁路车轮激光熔覆再制造寿命评估 162
8.3.1 铁路车轮常见损伤 162
8.3.2 铁路车轮损伤评估常用模型 167
8.3.3 再制造铁路车轮损伤及寿命评估 169
参考文献 175
