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W250609-鈦合金增材模擬技術(shù)要求一、產(chǎn)品對(duì)象及技術(shù)需求比強(qiáng)度高、密度小的鈦合金相比于其他金屬，具有更好的耐腐蝕能力，并且在高速流動(dòng)的海水中仍能保持良好的耐均勻腐蝕性能，因此被稱為“海洋金屬”，是一種建造大深度潛艇及深潛器耐壓結(jié)構(gòu)的理想材料。多層多道增材制造是一種新興的成型工藝，相比于單層增材，多層多道增材過(guò)程中局部的熱膨脹和不均勻的熱循環(huán)，增材處往往會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件的使用性能有極大的影響，甚至?xí)档徒宇^的強(qiáng)度以及產(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重影響構(gòu)件的使用安全。焊接后殘余應(yīng)力也會(huì)催生嚴(yán)重的應(yīng)力腐蝕。目前殘余應(yīng)力和應(yīng)力腐蝕測(cè)試方法在測(cè)試都存在較大的局限，無(wú)法完全滿足工程應(yīng)用需求。通過(guò)仿真軟件開(kāi)發(fā)一種高精度、省時(shí)省力、能清晰表征復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)整體殘余應(yīng)力和應(yīng)力腐蝕的預(yù)測(cè)方法是構(gòu)建焊接結(jié)構(gòu)可靠性評(píng)價(jià)體系的關(guān)鍵。二、研究目標(biāo)計(jì)劃利用有限元軟件COMSOL軟件中固體傳熱以及固體力學(xué)接口進(jìn)行多物理場(chǎng)耦合建立鈦合金增材后殘余應(yīng)力分布模型，在固體傳熱接口中建立Goldak雙橢球熱源模擬MIG焊接熱源。首先對(duì)不同增材軌跡的多層多道加工過(guò)程進(jìn)行模擬，在建立模型過(guò)程中，通過(guò)觀察焊接樣板焊接接頭處以及熱影響區(qū)的金相組織、熔池形貌對(duì)仿真焊接參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以求最大程度復(fù)刻真實(shí)焊接工況，再利用固體力學(xué)接口，得出不同加工過(guò)程后構(gòu)件殘余應(yīng)力值，并將仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證有限元仿真模型的準(zhǔn)確，最終實(shí)現(xiàn)鈦合金增材殘余應(yīng)力仿真模型的建立。模型的可靠性經(jīng)過(guò)初步驗(yàn)證之后，就可以在模擬焊接殘余應(yīng)力模型的基礎(chǔ)上與二次電流分布接口進(jìn)行耦合，在COMSOL中得到利用有限元方法建立的鈦合金在增材后殘余應(yīng)力影響下的應(yīng)力腐蝕測(cè)試模型，并對(duì)得到的腐蝕電位和腐蝕電流密度云圖進(jìn)行分析，得到增材后殘余應(yīng)力下鈦合金應(yīng)力腐蝕行為發(fā)生的規(guī)律。三、研究?jī)?nèi)容（1）以熔化極氣體保護(hù)焊為基礎(chǔ)，對(duì)多層多道增材進(jìn)行軌跡設(shè)計(jì)，得到不同加工軌跡增材構(gòu)件殘余應(yīng)力分布情況。（不少于三組）（2）以熔化極氣體保護(hù)焊為基礎(chǔ)，構(gòu)建不同參數(shù)、不同厚度的雙面鈦合金增材制造仿真模型，模擬增材過(guò)程中的熱循環(huán)以及溫度場(chǎng)分布。（不少于六組焊接參數(shù)）（3）在增材仿真模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)溫度場(chǎng)以及應(yīng)力場(chǎng)的耦合，以及通過(guò)熱參數(shù)設(shè)置模擬真實(shí)冷卻環(huán)境，得到增材后構(gòu)件殘余應(yīng)力分布圖。（不少于六組焊接參數(shù)）（4）在增材后殘余應(yīng)力模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)與腐蝕電場(chǎng)的耦合，模擬增材后在殘余應(yīng)力分布下的抗SCC性能變化仿真模型。(不少于八組焊接參數(shù)）四、技術(shù)要求（1）模擬增材時(shí)，使用不同的基礎(chǔ)熱源模型進(jìn)行復(fù)合，模擬真實(shí)熱源。（2）模擬多層多道增材制造時(shí)，通過(guò)改變模型中熱源的軌跡模擬真實(shí)熱源的軌跡，實(shí)現(xiàn)模擬復(fù)雜結(jié)構(gòu)增材制造的模型。（3）設(shè)置材料的相變點(diǎn)，模擬增材制造過(guò)程中產(chǎn)生的相變。（4）通過(guò)設(shè)置流體，模擬增材制造時(shí)熔池的產(chǎn)生和凝固。（5）通過(guò)設(shè)置邊界條件，模擬樣品與環(huán)境的熱交換，控制模型的冷卻速度。模擬真實(shí)增材制造工況。（6）模擬增材制造時(shí)的熱膨脹實(shí)現(xiàn)溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的耦合。模擬多層多道增材制造時(shí)，每一道次之間的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)耦合。（7）通過(guò)固體傳熱、固體力學(xué)以及二次電流場(chǎng)的耦合，模擬多層多道增材制造后，在殘余應(yīng)力作用下應(yīng)力腐蝕的分布情況。五、技術(shù)指標(biāo)（1）得到不同加工軌跡的多層多道增材模型，并得到殘余應(yīng)力分布情況。（不少于三組）（2）得到雙面多層多道增材，并得到增材過(guò)程中溫度分布情況分布情況。（不少于六組）（3）在（2）的基礎(chǔ)上，耦合固體力學(xué)場(chǎng)，得到增材過(guò)程后殘余應(yīng)力分布情況。（不少于六組）（4）在（3）的基礎(chǔ)上，耦合二次電流場(chǎng)，得到增材后殘余應(yīng)力情況下應(yīng)力腐蝕情況。（不少于八組）