Аннотация:
В работе предлагается новый способ исследования динамики растекания, смачивания и тепломассопереноса в лазерных прямых аддитивных технологиях металлоизделий (L-DED) путем наращивания лежащей капли. Ее наращивание производится при неподвижном лазерном излучении, действующем на подложку и металлический порошок, который подается струей инертного газа в область фокусировки лазерного луча. Тепломассоперенос расплава металла с ньютоновской реологией считается ламинарным с не зависящей от температуры плотностью. Подаваемый с подогревом порошок на поверхности ванны мгновенно плавится и добавляется в виде непрерывного потока массы через свободную поверхность растущей капли с заданным распределением. Динамические условия на ее свободной поверхности зависят от величины поверхностного натяжения, касательного напряжения Марангони и нормального давления от воздействия струи газа с порошком. Моделирование смачивания расплавом твердых поверхностей производится в рамках модифицированной модели Воинова. Численное решение задачи производится в трехмерной и осесимметричной постановках методом смешанных конечных элементов с использованием ALE-алгоритма отслеживания свободной поверхности. Исследованы особенности тепломассопереноса в растущей капле и эволюции ее свободной поверхности. Показано существенное влияние потока газа и массового расхода порошка на структуру конвекции расплава в капле и эволюцию свободной поверхности с образованием кратера.
Полный текст:
PDF файл (924 kB)