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专利号: 2020104596067
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种氧化铝陶瓷基复合材料涂层激光熔覆制造过程中应力场的预测方法,其特征在于,包括以下步骤:基于氧化铝陶瓷基复合材料涂层建立复合材料模型,根据所述复合材料模型,利用代表体积元方法得到所述氧化铝陶瓷基复合材料涂层的热学物理参数;其中,所述氧化铝陶瓷基复合材料涂层通过激光熔覆法,由包括铝粉和金属氧化物粉末的原料经激光诱导铝热反应在基板表面制备得到;

利用激光熔覆制造过程中的激光热源模型和激光诱导铝热反应热源模型,建立双热源耦合热源模型;

以所述双热源耦合热源模型作为温度场分析的载荷,将所述基板的热学物理参数和所述氧化铝陶瓷基复合材料涂层的热学物理参数作为有限元计算的输入参数,利用有限元模型得到激光熔覆制造过程中氧化铝陶瓷基复合材料涂层的温度场模拟数据,之后进行热力耦合,实现氧化铝陶瓷基复合材料涂层激光熔覆制造过程中应力场的预测。

2.根据权利要求1所述的预测方法,其特征在于,所述复合材料模型为随机粒子强化复合模型,包括基体材料和随机粒子,所述随机粒子随机分布在基体材料中;其中,所述基体材料为氧化铝陶瓷,随机粒子为金属氧化物粉末对应的金属单质颗粒。

3.根据权利要求2所述的预测方法,其特征在于,所述金属氧化物粉末包括四氧化三铁粉和氧化铁粉中的至少一种;所述铝粉和金属氧化物粉末的粒度独立地为30~50μm。

4.根据权利要求2或3所述的预测方法,其特征在于,所述氧化铝陶瓷基复合材料涂层的热学物理参数的获得方法,包括以下步骤:根据复合材料模型,基于基体材料和随机粒子的热学物理参数,利用代表体积元方法得到所述氧化铝陶瓷基复合材料涂层的热学物理参数。

5.根据权利要求4所述的预测方法,其特征在于,所述热学物理参数包括密度、导热系数、比热容、热膨胀系数、弹性模量和泊松比。

6.根据权利要求1所述的预测方法,其特征在于,所述激光热源模型为高斯移动热源模型。

7.根据权利要求1或6所述的预测方法,其特征在于,所述激光诱导铝热反应热源模型为内部生热率热源模型,所述激光诱导铝热反应热源模型所用参数根据激光诱导铝热反应的热化学反应方程式得到。

8.根据权利要求1所述的预测方法,其特征在于,所述热力耦合前包括:对所述温度场模拟数据进行实验校核。

9.根据权利要求8所述的预测方法,其特征在于,所述实验校核的方法包括以下步骤:在所述有限元模型上设置若干个有限元温度采样点,使用与激光熔覆相同的工艺参数进行实验,在基板上与有限元模型相同的位置设置实验温度采样点,对比实验温度采样点与有限元温度采样点的温度-时间数据,若误差≤15%,进行后续热力耦合步骤;若误差>

15%,修改有限元模型的参数条件,再次对有限元模型的温度场模拟数据进行校核,直至误差≤15%。

10.根据权利要求1所述的预测方法,其特征在于,所述热力耦合的方法包括以下步骤:将所述温度场模拟数据作为应力场分析的载荷,其中,所述氧化铝陶瓷基复合材料涂层以及基板的应力应变的计算服从虎克定律和von-Mises屈服准则,经过瞬态应力计算,实现氧化铝陶瓷基复合材料涂层激光熔覆制造过程中应力场的预测。