摘要：激光增材制造(laser additive manufacturing,LAM)技术极适合复杂整体构件的近净成形和高附值损伤件的快速修复.然而,激光增材制造熔池内部复杂的动态凝固过程显著影响成形件的终态组织,进而制约其服役性能.本文针对激光直接能量沉积(direct energy deposition by laser,DED-L)Inconel 718过程,构建宏观传热传质与多相场耦合的多尺度数学模型,解决了熔池宏-微观温度场的直接耦合,并基于MPI并行程序设计实现了熔池二维的全域定量模拟,研究了凝固过程中的晶粒演变过程.结果表明,模拟的熔池尺寸、凝固界面与实验结果吻合较好.熔池凝固界面形态和晶体择优取向是影响晶粒演变的重要因素.在熔池横截面上,凝固过程主要受温度梯度方向的驱使,取向与温度梯度方向夹角越小的晶粒占优生长.在纵截面上,晶粒的生长表现出弯曲生长以及"上三角"的晶粒特征,温度梯度方向的渐变导致了晶粒弯曲,相邻晶粒的竞争行为决定了晶粒形貌.本文阐明了金属激光增材制造晶粒演变的机理,有助于厘清增材制造热物理、化学、冶金过程,为凝固组织的预测和调控提供理论指导.此外,该多尺度数学模型也适用于其他金属材料的激光增材制造过程.

摘要：触头闭合回跳电弧引起的开关电器动熔焊问题,直接影响大功率接触器的电寿命和可靠性。为此设计了2种三维互穿有序结构的四边形和菱形十二面体的Cu-W复合材料触头,围绕触头动熔焊过程中的电弧、熔池、液滴溅射及凝固相变降温等问题,建立触头熔池流体动力学模型和冷凝降温数学模型,研究了2种有序结构和商用无序结构的触头阳极在闭合回跳电弧作用下熔化温度分布、熔池喷溅形貌和接触区域金属凝固过程,通过模拟熔焊实验平台进行了熔焊力验证。结果表明,通过调节三维互穿有序W骨架结构,能够有效抑制熔池扩散和液态金属喷溅,并降低熔焊力,从而提高Cu-W复合材料的抗熔焊性能。