除了國(guó)際上研究的融化過(guò)程前买喧、中、后變量之間的相互作用黄娘，在復(fù)合材料激光加工過(guò)程中骨杂，又發(fā)生了什么呢？復(fù)合材料中的增強(qiáng)顆粒與熔體間是如何相互影響的呢莫瞬？我國(guó)是否在研究金屬融化過(guò)程中的變量相關(guān)性上有關(guān)鍵進(jìn)展呢儡蔓？

 在激光加工環(huán)境下，金屬熔融過(guò)程中有超過(guò)50種不同的因素在發(fā)揮著作用疼邀，此前喂江，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院-NIST計(jì)劃建立一個(gè)增材制造測(cè)試平臺(tái)，用于評(píng)估過(guò)程測(cè)量和控制技術(shù)褥辰，使他們能夠觀察金屬粉末的熔融和凝固過(guò)程构鸭、整合過(guò)程計(jì)量工具，并開(kāi)發(fā)出基于數(shù)據(jù)獲取的過(guò)程測(cè)量/測(cè)試的控制算法和軟件力邻。

除了國(guó)際上研究的融化過(guò)程前旬性、中、后變量之間的相互作用认平，在復(fù)合材料激光加工過(guò)程中抒崖，又發(fā)生了什么呢？復(fù)合材料中的增強(qiáng)顆粒與熔體間是如何相互影響的呢弃净？我國(guó)是否在研究金屬融化過(guò)程中的變量相關(guān)性上有關(guān)鍵進(jìn)展呢婉烈？本期，小編和大家一起來(lái)學(xué)習(xí)下南京航空航天大學(xué)顧冬冬教授團(tuán)隊(duì)的“新得”绩罩，看一下他們的創(chuàng)新是如何填補(bǔ)了國(guó)際上的空白巩蕊。

激光加工過(guò)程中，熔池內(nèi)增強(qiáng)顆粒與熔體界面間的傳熱傳質(zhì)過(guò)程對(duì)顆粒的運(yùn)動(dòng)行為有重要影響咽娃，進(jìn)而影響組織的均勻性塑验；尤其對(duì)比重懸殊的材料體系，激光導(dǎo)致的非平衡熔池將加速顆粒的上浮或下沉彤敛；同時(shí)与帆，增強(qiáng)顆粒的分布形態(tài)還與熔體的流動(dòng)與液固前沿有密切聯(lián)系。

增強(qiáng)顆粒與熔體界面?zhèn)鳠醾髻|(zhì)的數(shù)值模擬是涉及三維空間尺度和多物理場(chǎng)的復(fù)雜研究工作墨榄，以往的研究工作側(cè)重于整個(gè)熔池的溫度場(chǎng)與速度場(chǎng)玄糟，包括粉體熔化界面、凝固界面和氣-液界面袄秩，但都基本沒(méi)有涉及熔體與增強(qiáng)顆粒間的相互作用阵翎，尤其是定量地分析增強(qiáng)顆粒與熔體間傳熱傳質(zhì)過(guò)程。與增強(qiáng)顆粒毗鄰的金屬熔體具有較大溫度梯度和變化較為明顯的動(dòng)力粘度之剧，即存在著流體力學(xué)中的熱邊界層贮喧。

增強(qiáng)顆粒在激光作用下，其表面會(huì)發(fā)生熔化并伴隨著元素?cái)U(kuò)散，進(jìn)而顆粒/熔體界面附近會(huì)形成化學(xué)成分梯度箱沦。在化學(xué)成分梯度和溫度梯度共同作用下辩恼，顆粒/熔體界面處流體的流變特性將極為復(fù)雜，目前只能依靠一些經(jīng)驗(yàn)值和不完善的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行解析計(jì)算谓形，不能定量且動(dòng)態(tài)地反應(yīng)增強(qiáng)顆粒與熔體界面間的冶金行為荸速。

同時(shí)，激光加工具有高溫過(guò)熱熔化粉體并伴隨著熔池快速冷卻的特點(diǎn)柒谈，實(shí)驗(yàn)觀察是不現(xiàn)實(shí)的穴阱。但熔體的增強(qiáng)顆粒在凝固基體中的分布情況直接影響其服役性能，均勻分布的增強(qiáng)顆僚直妫可有效地傳遞和承載基體所受載荷爱蚣，避免早期失效。目前讹毁，還沒(méi)有工程可用的激光加工過(guò)程熔池內(nèi)增強(qiáng)顆粒與熔體界面?zhèn)鳠醾髻|(zhì)模擬操作軟件间炮。

南京航空航天大學(xué)發(fā)明的激光3D打印復(fù)合材料熔池內(nèi)增強(qiáng)相與熔體界面?zhèn)鳠醾髻|(zhì)的模擬方法具有如下好處：

一、利用計(jì)算機(jī)模擬激光加工過(guò)程让多，采用激光加工過(guò)程中熔池內(nèi)增強(qiáng)顆粒與熔體界面間傳熱傳質(zhì)的數(shù)學(xué)物理模型卫银，實(shí)現(xiàn)了激光加工凝固后增強(qiáng)顆粒在基體分布狀態(tài)的模擬，能夠動(dòng)態(tài)且定量地研究增強(qiáng)顆粒與熔體界面的溫度場(chǎng)顶食、速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)等掐边，進(jìn)而預(yù)測(cè)增強(qiáng)顆粒在凝固基體中的分布狀態(tài)，從而建立了工藝-界面?zhèn)鳠醾髻|(zhì)過(guò)程-組織之間的映射關(guān)系熄阻，為制定復(fù)合材料激光加工工藝斋竞，改善增強(qiáng)顆粒在基體中的分布狀態(tài)和獲得均勻的顯微組織提供理論指導(dǎo)。因此秃殉，南京航空航天大學(xué)解決了激光加工過(guò)程基于經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)的確定性模型或解析計(jì)算問(wèn)題坝初，實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)顆粒與熔體界面間傳熱傳質(zhì)的定量研究，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)增強(qiáng)顆粒在凝固基體中的分布狀態(tài)复濒。

二脖卖、以增強(qiáng)顆粒與熔體界面?zhèn)鳠醾髻|(zhì)為橋梁建立與宏觀溫度場(chǎng)之間的聯(lián)系乒省，實(shí)現(xiàn)了微觀-宏觀的多尺度耦合模擬巧颈，揭示了增強(qiáng)顆粒與熔體界面間的傳熱傳質(zhì)規(guī)律，即增強(qiáng)顆粒在熔體作用下的運(yùn)動(dòng)機(jī)制和最終在凝固組織中的分布狀態(tài)袖扛。

三砸泛、利用數(shù)值模擬、流體動(dòng)力學(xué)和材料熱力學(xué)等多學(xué)科結(jié)合蛆封，在不同尺度和位置上再現(xiàn)增強(qiáng)顆粒與熔體界面間的傳熱傳質(zhì)過(guò)程唇礁，定量研究增強(qiáng)顆粒冶金熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)機(jī)制，并且可預(yù)測(cè)增強(qiáng)顆粒分布狀態(tài)，計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合盏筐。

除了研究激光3D打印復(fù)合材料熔池內(nèi)增強(qiáng)相與熔體界面?zhèn)鳠醾髻|(zhì)的相關(guān)性幌侧，南京航空航天大學(xué)還研究了基于時(shí)間和空間主動(dòng)跟蹤的激光3D打印熔池凝固行為數(shù)值模擬方法，激光束與粉末顆粒光固耦合過(guò)程的介觀模擬方法等等规学。

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