铝合金选区激光熔化成形过程中热力耦合分析及残余应力预测

刘尚阳; 杨波; 茅健

doi:10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2023120003

粉末冶金技术 ›› 2025, Vol. 43 ›› Issue (3) : 350 -358. DOI: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2023120003

铝合金选区激光熔化成形过程中热力耦合分析及残余应力预测

刘尚阳, 杨波, 茅健

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摘要

本文利用ANSYS有限元分析软件对AlSi10Mg的选区激光熔化成形过程进行热–力耦合分析并进行实验验证。针对目前铝合金选区激光熔化数值模拟不够精确，残余应力预测效率低的问题，利用JMatPro软件计算出AlSi10Mg在不同温度下的非线性热物性参数，并通过ANSYS的UDMAT子程序实现材料状态的转换，以此提高数值模拟的准确度。通过建立的热力耦合数值模型，研究不同的激光工艺参数对温度场和应力场的影响，最后进行相应的AlSi10Mg样件打印实验，并通过X射线应力分析仪测量样件残余应力。结果表明：每一层的扫描过程中，曲线均有明显的波峰，轨道间和层间可实现较好的重熔搭接；随着扫描速率的减小或激光功率的增加，最高温度和熔池尺寸随之增加；在成形过程中，沿着扫描方向的应力最大，垂直于扫描方向的应力最小。通过热力耦合模型所得到的残余应力与实验值误差小于8%，可以通过该热力耦合模型对选区激光熔化制件的残余应力进行预测。