超声振动对激光熔凝影响：温度、流场与形貌变化

"超声振动对激光熔凝熔池影响研究"这篇论文主要探讨了超声振动如何影响激光熔凝过程中熔池的物理特性。激光熔凝是一种利用高能激光束熔化材料并快速冷却，以改善材料表面性能的技术。在这个过程中，熔池的温度、流场和形态是关键因素，它们直接影响到熔凝层的质量。 文章通过数值模拟和实验两方面进行了深入研究。首先，建立了三维数学模型，该模型能够描述超声振动辅助激光熔凝过程中的声场和温度场。这一步是利用有限体积法来实现声场和温度场的耦合模拟分析，这种方法能够更准确地预测和理解熔池内部的物理现象。 在超声场的作用下，研究发现熔池的温度相比没有超声振动的情况略有降低。这种降温可能是因为超声振动增加了熔池的对流，促进了热量的散发。同时，熔池内的流速显著增加，达到了72%，但这并没有改变未施加超声时的Marangoni流（由表面张力驱动的环流）的基本趋势。Marangoni流对于熔池的均匀性和最终固态结构的形成至关重要。 此外，超声振动还改变了熔池的几何形状。熔池的宽度增加了0.5毫米，而深度则减少了0.1毫米。这种形貌变化可能会影响熔凝层的厚度和微观结构，进而影响材料的机械性能。 实验结果证实了数值模拟的准确性，两者基本吻合，这为理解和控制激光熔凝过程提供了理论支持。通过超声振动的引入，可以优化熔池条件，改善熔凝效果，为激光熔凝技术的应用提供新的策略。 这项研究揭示了超声振动对激光熔凝熔池的复杂影响，包括温度调控、流场增强以及熔池形态的改变。这些发现对于提高激光熔凝技术的精确性和效率具有重要意义，也为未来相关领域的研究提供了新的研究方向。