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第1章 激光焊接基础1

1.1激光与材料的相互作用1

1.1.1材料对激光的吸收与被加热1

1.1.2激光热源模型及其固体材料中产生温度场3

1.1.3激光作用材料的熔化5

1.1.4激光作用下材料的气化6

1.1.5激光诱导等离子体及其效应7

1.2激光焊接的原理与特点8

1.3激光焊接熔池行为研究10

第2章 准稳态熔池动力学模型及数值仿真13

2.1引言13

2.2准稳态激光焊接基本模型13

2.2.1描写流动与传热问题的控制方程14

2.2.2移动热源作用下激光深熔焊的三维数学模型15

2.2.3激光深熔焊过程的热源模型17

2.3数值解法的实现过程18

2.3.1迎风格式18

2.3.2交错网格技术20

2.3.3求解Navier-Stokers方程的压力修正方法22

2.3.4 SIMPLE算法23

2.3.5程序编制以及求解24

2.4计算参数25

2.5激光深熔焊焊接速度对小孔形态的影响26

2.5.1钛合金激光深熔焊温度分布26

2.5.2焊接速度对小孔尺寸的影响28

2.5.3激光深熔焊焊接功率对小孔尺寸的影响31

2.6激光深熔焊熔池几何形状模拟33

2.6.1激光深熔焊熔池形状的数值模拟33

2.6.2焊接速度及激光功率对熔池尺寸的影响34

2.7激光深熔焊熔池流动速度场的数值模拟36

2.7.1激光深熔焊熔池流动的特点36

2.7.2激光深熔焊熔池速度的分布规律39

2.7.3试验验证40

2.8小结42

第3章 小孔熔池耦合模型及数值计算方法43

3.1引言43

3.2耦合模型控制方程43

3.2.1传热与流动方程43

3.2.2热源模型44

3.3自由界面追踪方法46

3.3.1 Level set方法46

3.3.2 VOF方法47

3.4耦合模型边界条件48

3.4.1基本约定48

3.4.2气液两相流中界面张力间断49

3.4.3表面张力、热毛细力、反冲压力的间断捕捉边界条件50

3.5数值求解计算方法54

3.5.1小孔壁面能量密度快速求解方法54

3.5.2小孔运动界面追踪方法58

3.5.3自由界面流动、传热耦合求解方法64

3.5.4数值求解程序的计算流程67

3.6小结68

第4章 瞬态小孔与运动熔池动力学可视化仿真69

4.1引言69

4.2小孔与熔池瞬态耦合动力学行为69

4.2.1小孔的动力学演化过程及特征69

4.2.2稳定小孔时熔池的流动特征71

4.2.3非稳定小孔时熔池的流动特征73

4.3物理因素对耦合行为的影响78

4.3.1自由界面力和多重反射吸收78

4.3.2热物性参数85

4.3.3焊接工艺参数88

4.4小结92

第5章 小孔内金属蒸气/等离子体动力学行为94

5.1引言94

5.2瞬态小孔内金属蒸气/等离子体动力学模型94

5.2.1动力学模型控制方程94

5.2.2动力学模型控制边界条件96

5.3瞬态小孔内金属蒸气/等离子体动力学99

5.3.1不均匀分布和高瞬态性99

5.3.2孔内多方向流动行为106

5.3.3剧烈振荡和摆动行为107

5.3.4局部蒸发处可压缩特性108

5.4小结110

第6章 侧吹气流对小孔熔池动态行为的影响112

6.1引言112

6.2侧吹气体保护气流流场（钛合金）113

6.3侧吹气流对小孔与熔池行为的影响116

6.3.1侧吹气流对熔池表面变形的影响116

6.3.2存在金属蒸气时侧吹气流对小孔和熔池动态行为的影响119

6.4侧吹气流影响小孔与熔池稳定性的机制122

6.5小结124

第7章 双光束激光焊小孔与熔池动力学行为126

7.1引言126

7.2双光束焊接小孔与熔池瞬态耦合模型126

7.2.1瞬态耦合模型的控制方程126

7.2.2瞬态耦合模型的边界条件129

7.3双光束焊接小孔与熔池的耦合行为130

7.3.1焊接过程中动态小孔演化行为130

7.3.2焊接过程中运动熔池流动行为133

7.4双光束焊接过程稳定性的机理及影响因素134

7.4.1双光束焊接过程稳定性机理134

7.4.2工艺参数对双光束焊接稳定性的影响规律135

7.5小结139

第8章 激光填丝焊小孔与熔池动力学行为141

8.1引言141

8.2激光填丝焊接多相瞬态耦合模型141

8.2.1焊丝熔化数学模型141

8.2.2小孔与熔池瞬态耦合模型142

8.2.3主要边界条件143

8.3填丝焊过程中小孔与熔池的动力学行为144

8.3.1自由过渡条件下瞬态小孔和运动熔池行为144

8.3.2送丝速度对自由过渡中的瞬态小孔和运动熔池行为的影响146

8.3.3焊丝直径对自由过渡中的瞬态小孔和运动熔池行为的影响148

8.3.4接触过渡条件下瞬态小孔和运动熔池行为149

8.3.5送丝速度对接触过渡中的瞬态小孔和运动熔池行为的影响151

8.3.6焊丝直径对接触过渡中的瞬态小孔和运动熔池行为的影响152

8.3.7无熔滴过渡和熔滴过渡中瞬态小孔和运动熔池行为的比较154

8.4填丝焊过程中小孔与熔池的不稳定性机理155

8.4.1单激光焊和激光填丝焊过程的熔池动力学155

8.4.2不同送丝速度下填丝焊过程的熔池动力学157

8.4.3填丝焊过程中小孔的不稳定性机理157

8.5填丝焊过程中运动熔池动态稀释行为159

8.5.1运动熔池稀释行为模型159

8.5.2准稳态运动熔池内的动态稀释行为特征160

8.5.3瞬态运动熔池内的动态稀释行为特征170

8.6小结175

第9章 真空激光焊小孔与熔池动力学行为176

9.1引言176

9.2真空激光焊接小孔与熔池瞬态耦合模型176

9.2.1瞬态耦合模型的控制方程176

9.2.2瞬态耦合模型的边界条件178

9.3真空激光焊接小孔与熔池耦合行为特征179

9.3.1焊接过程中动态小孔的演化特征179

9.3.2焊接过程中运动熔池的流动特征182

9.4真空和低真空激光焊接熔深增加行为184

9.4.1熔深随环境压力减小而增加的物理机制184

9.4.2熔深有限增加理论187

9.5小结189

参考文献191