激光直接金屬沉積石墨-銅功能梯度復合材料應力場數(shù)值模擬.pdf

1、石墨-銅功能梯度復合材料具有優(yōu)異的導熱、導電和自潤滑性能，在軌道交通、電力傳輸?shù)阮I域具有廣闊的應用前景。本文采用 ANSYS軟件對激光直接金屬沉積石墨-銅功能梯度復合材料過程的溫度場和應力場進行了研究。
　　借助于 APDL語言的二次開發(fā)以及生死單元技術對多層單道的激光直接金屬沉積過程進行了仿真計算，并且采用間接耦合的方式對溫度場進行了熱應力耦合，建立了激光沉積均質(zhì)復合材料和功能梯度復合材料的應力場；獲得了激光功率、掃描速率和掃描

2、方式等工藝參數(shù)與梯度分布指數(shù)、層數(shù)和層厚等結構參數(shù)對石墨銅功能梯度復合材料開裂的作用機制，得出以下結論：
　　（1）均質(zhì)復合材料的等效殘余應力比功能梯度復合材料大，且大應力遍布于整個材料；梯度復合材料的等效殘余應力由底層到頂層依次變小，即梯度結構對殘余應力起到了緩和作用。
　?。?）激光功率在3600W-4200W范圍內(nèi)，隨著功率的遞增，殘余應力平均值先增大后減小，并且功率4200W時平均殘余應力最小；掃描速率在200mm/

3、min-400mm/min范圍內(nèi)，平行于X軸路徑的X向殘余應力平均值先增小后增大，掃描速率為300 mm/min時平均殘余應力最?。唤Y合層與層之間的粘結強度分析，功率的最佳范圍為4000W-4200W,掃描速率最佳范圍為300mm/min-400mm/min。
　?。?）往復式掃描比單向式掃描的各向殘余應力更小，且殘余應力分布均勻。
　?。?）梯度分布指數(shù)0.25-4范圍內(nèi)，P=1時材料殘余應力整體較小；在層厚0.4mm-0

4、.8mm以及層數(shù)6-10層范圍內(nèi)，得知隨著層厚的加厚以及層數(shù)的增多，制件沿各個路徑的殘余應力都逐漸遞增；綜合分析得出梯度分布指數(shù)P=1、層厚0.6mm、8層為最優(yōu)結構參數(shù)。
　?。?）功能梯度復合材料中平行于 X軸路徑的 X向殘余應力的極大值出現(xiàn)在左側(cè)3mm處或右側(cè)31mm處，這兩處區(qū)域的應力值較大,是產(chǎn)生沿Y向裂紋的高發(fā)區(qū)；平行于Y軸路徑的Y向殘余應力曲線呈“W”型，即在路徑的中間部位以及兩端的應力較大；平行于Z軸路徑的Z向殘余