Кафедра
математического моделирования систем и процессов

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Образование - это то, что остается, когда забываешь все, что изучал в школе. (Альберт Эйнштейн)

17 июня 2016 года в 15.30 на научном семинаре кафедры состоится представление кандидатской диссертации Гордеева Георгия Андреевича (г. Ижевск)

"Моделирование теплофизических процессов в порошках металлов при селективном лазерном плавлении".

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ (совет в ПНИПУ).

Гордеев Георгий Андреевич - аспирант Удмуртского государственного университета, г. Ижевск.

Научный консультант - профессор, д.ф.-м.н Кривилев Михаил Дмитриевич.

 

Время и место15.30 17 июня 2016 года, ауд. 316 корпус В (комплекс ППИ).

 

Аннотация

Аддитивные технологии (АТ) или технологии послойного синтеза сегодня одно из наиболее перспективных и быстроразвивающихся направлений постиндустриальной промышленности. В работе исследован метод селективного лазерного плавления (СЛП), направленный на изготовление изделий из порошков металлов и сплавов. При практическом использовании технологии СЛП существует проблема, что удовлетворительные по качеству слои для каждого конкретного металла или сплава формируются только в очень узком диапазоне режимов лазерного излучения.  Моделирование СЛП-процессов позволяет снизить трудозатраты на подбор режимов с удовлетворительным качеством, оптимальным временем спекания порошков за счет исследования процессов теплопереноса и усадки порошка, протекающих в порошковом слое.

 

Целью работы является формулировка физико-математической и численной модели нестационарного теплопереноса в многофазных системах с фазовыми переходами и анализ изменения температурных полей и плотности в порошке карбонильного железа при селективном лазерном плавлении. В работе развита  физико-математическая модель и численные алгоритмы расчета теплопереноса в порошках металлов и сплавов при их спекании с помощью лазера. Численные алгоритмы расчеты реализованы на базе программного пакета COMSOL Multiphysics 4.3, который использовался для численного решения уравнений модели, записанных в слабой (вариационной) формулировке, методом конечных элементов. Процесс СЛП при компьютерном моделировании был формализован до рассмотрения единичного прямолинейного лазерного сканирования порошкового слоя, нанесенного на подложку. Физико-математическая модель учитывает теплоперенос в пористой структуре при воздействии импульсного высокоинтенсивного лазерного источника, охлаждение за счет конвекции и теплового излучения, динамику усадки порошка, вызванную спеканием частиц порошка между собой. В работе осуществлена проверка адекватности созданной модели путем проведения тестовых расчетов и сравнения результатов численного моделирования с натурным экспериментом. В результате получено удовлетворительное соответствие модели и эксперимента.

 

В диссертации произведен анализ динамики спекания порошка и оценки остаточной пористости карбонильного железа на подложке при выбранном режиме лазерной обработки. Также произведен анализ влияния различных управляющих параметров лазерной обработки (мощности лазерного излучения, времени единичного лазерного импульса, радиуса лазерного луча в фокусе, скорости движения лазерного луча по поверхности, частоты лазерного излучения) на процесс компактирования порошка карбонильного железа. Были предложены критерии оценки качества спеченного слоя.  Было показано, что часть параметров лазерной обработки являются более эффективными, а часть менее эффективными при процессе СЛП.

Назад