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铝合金薄壁构件激光焊接多尺度建模与仿真
作者：蒋平，耿韶宁，曹龙超
出版社：科学出版社
出版时间：2023-01-01
ISBN：9787030746221
定价：¥128.00
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内容简介
本书围绕铝合金薄壁构件激光焊接机理与工艺，主要介绍激光焊接过程多尺度建模方法、熔池传热与流动行为、凝固特征参数分布、凝固微观组织演化、焊缝组织性能调控等内容。本书将理论研究与工艺应用实例展现给读者，使读者更清晰地了解铝合金激光焊接熔池凝固过程，提高激光焊接工艺水平。
作者简介
暂缺《铝合金薄壁构件激光焊接多尺度建模与仿真》作者简介
目录
目录
第1章 绪论 1
1.1 激光与材料的相互作用 2
1.1.1 激光对材料的加热效应 2
1.1.2 激光对材料的熔化及气化效应 3
1.1.3 激光诱导等离子体效应 4
1.2 铝合金薄壁构件特点及应用简介 4
1.2.1 铝合金材料特性、分类及焊接性能 4
1.2.2 铝合金薄壁构件焊接特点及应用 5
1.3 激光焊接技术简介 5
1.3.1 激光焊接原理 5
1.3.2 激光焊接特点 7
1.3.3 激光焊接质量影响因素 7
1.4 激光焊接熔池凝固过程简介 9
1.4.1 激光焊接熔池凝固特征 9
1.4.2 激光焊接熔池凝固形貌 11
1.5 激光焊接宏观传热流动行为研究现状 13
1.5.1 激光焊接宏观传热流动行为实验研究 13
1.5.2 激光焊接宏观传热流动行为数值模拟研究 15
1.6 激光焊接微观组织演化行为研究现状 17
1.6.1 激光焊接微观组织演化行为实验研究 17
1.6.2 激光焊接微观组织演化行为数值模拟研究 19
本章参考文献 26
第2章 铝合金薄板激光焊接过程多尺度建模与求解 29
2.1 激光焊接宏观传热-流动耦合模型 30
2.1.1 耦合模型基础理论 30
2.1.2 几何模型 33
2.1.3 边界条件 34
2.1.4 控制方程离散与数值求解 35
2.2 凝固过程微观组织模拟相场模型 37
2.2.1 形核模型 37
2.2.2 定量相场模型 38
2.2.3 多晶生长模型 40
2.2.4 磁场作用下的相场模型 41
2.3 激光焊接熔池凝固过程宏-微观跨尺度关系 43
2.4 多节点多GPU并行计算求解方法 45
2.4.1 CPU-GPU异构体系结构 45
2.4.2 并行编程模型 46
2.4.3 计算域分解 48
2.5 程序代码编写示例与说明 49
2.5.1 相场离散 49
2.5.2 溶质场离散 52
本章参考文献 54
第3章 激光焊接宏观传热流动行为与凝固参数分布 57
3.1 激光焊接实验材料、设备及方法 58
3.2 激光焊接宏观传热流动模型验证 59
3.3 铝合金薄板激光焊接传热流动行为分析 62
3.3.1 熔池流动行为分析 62
3.3.2 熔池传热行为分析 64
3.4 焊接工艺参数对熔池传热流动行为的影响 65
3.5 熔池凝固参数分布及其对微观组织的影响 67
3.5.1 熔池凝固参数分布规律 67
3.5.2 凝固参数分布对微观组织的影响 68
本章参考文献 73
第4章 铝合金薄板激光焊接凝固初期微观组织演化 75
4.1 未考虑形核的多尺度模型验证 76
4.1.1 晶粒组织层面的多尺度模型验证 77
4.1.2 枝晶组织层面的多尺度模型验证 77
4.2 平面晶向胞状晶转变及界面稳定性机制 78
4.2.1 平面晶向胞状晶转变过程 78
4.2.2 界面稳定性机制 80
4.3胞状晶向柱状晶转变及枝晶间距调整机制 82
4.3.1 胞状晶向柱状晶转变过程 82
4.3.2 枝晶间距调整机制 83
4.4 基于枝晶演化的多晶粒竞争生长机制 86
4.4.1 晶粒组织瞬态生长过程 86
4.4.2 晶粒竞争生长机理 88
本章参考文献 89
第5章 铝合金薄板激光焊接全焊缝凝固微观组织演化 91
5.1 铝合金薄板激光焊接焊缝等轴晶形核机制 92
5.1.1 实验原理及方法 92
5.1.2 基于“重叠焊接”方法的等轴晶形核机制 93
5.1.3 异质形核核心物相 95
5.2 考虑晶粒形核的多尺度模型验证 97
5.3 全焊缝熔池凝固微观组织动态演化过程 99
5.4 焊缝溶质元素偏析行为 105
5.5 异质核心数量密度对全焊缝凝固微观组织的影响 109
本章参考文献 111
第6章 磁场作用下铝合金激光焊接微观组织演化 113
6.1 外加辅助磁场激光焊接实验及数值模拟参数 114
6.1.1 实验材料、设备及方法 114
6.1.2 数值模拟参数 115
6.2 磁场对激光焊接熔池流动行为的影响 116
6.2.1 铝合金激光焊接过程中熔池流动行为及其数值模拟 116
6.2.2 磁场作用下铝合金激光焊接熔池流动行为及其数值模拟 121
6.2.3 磁场对铝合金激光焊接熔池流动行为的影响 128
6.3 磁场作用下的等轴晶生长行为 131
6.3.1 等轴晶生长初始时刻热电磁力解析模型 131
6.3.2 等轴晶生长初始时刻热电磁流动数值模拟 133
6.3.3 磁场对等轴晶形貌的影响 135
6.4 磁场作用下的柱状晶生长行为 137
6.4.1 自然对流作用下的柱状晶生长行为 137
6.4.2 磁场对柱状晶生长行为的影响 138
6.4.3 磁感应强度对柱状晶形貌的影响 140
6.5 磁场作用下平面晶向柱状晶的过渡行为 142
本章参考文献 148
第7章 铝合金激光焊接焊缝凝固微观组织工艺调控方法 151
7.1 激光焊接工艺参数优化 152
7.2 激光焊接微合金化 156
7.3 磁场辅助激光焊接 160
7.4 颗粒增强激光熔注焊接 162
7.5 摆动激光焊接 167
本章参考文献 173
第1章 绪论 1
1.1 激光与材料的相互作用 2
1.1.1 激光对材料的加热效应 2
1.1.2 激光对材料的熔化及气化效应 3
1.1.3 激光诱导等离子体效应 4
1.2 铝合金薄壁构件特点及应用简介 4
1.2.1 铝合金材料特性、分类及焊接性能 4
1.2.2 铝合金薄壁构件焊接特点及应用 5
1.3 激光焊接技术简介 5
1.3.1 激光焊接原理 5
1.3.2 激光焊接特点 7
1.3.3 激光焊接质量影响因素 7
1.4 激光焊接熔池凝固过程简介 9
1.4.1 激光焊接熔池凝固特征 9
1.4.2 激光焊接熔池凝固形貌 11
1.5 激光焊接宏观传热流动行为研究现状 13
1.5.1 激光焊接宏观传热流动行为实验研究 13
1.5.2 激光焊接宏观传热流动行为数值模拟研究 15
1.6 激光焊接微观组织演化行为研究现状 17
1.6.1 激光焊接微观组织演化行为实验研究 17
1.6.2 激光焊接微观组织演化行为数值模拟研究 19
本章参考文献 26
第2章 铝合金薄板激光焊接过程多尺度建模与求解 29
2.1 激光焊接宏观传热-流动耦合模型 30
2.1.1 耦合模型基础理论 30
2.1.2 几何模型 33
2.1.3 边界条件 34
2.1.4 控制方程离散与数值求解 35
2.2 凝固过程微观组织模拟相场模型 37
2.2.1 形核模型 37
2.2.2 定量相场模型 38
2.2.3 多晶生长模型 40
2.2.4 磁场作用下的相场模型 41
2.3 激光焊接熔池凝固过程宏-微观跨尺度关系 43
2.4 多节点多GPU并行计算求解方法 45
2.4.1 CPU-GPU异构体系结构 45
2.4.2 并行编程模型 46
2.4.3 计算域分解 48
2.5 程序代码编写示例与说明 49
2.5.1 相场离散 49
2.5.2 溶质场离散 52
本章参考文献 54
第3章 激光焊接宏观传热流动行为与凝固参数分布 57
3.1 激光焊接实验材料、设备及方法 58
3.2 激光焊接宏观传热流动模型验证 59
3.3 铝合金薄板激光焊接传热流动行为分析 62
3.3.1 熔池流动行为分析 62
3.3.2 熔池传热行为分析 64
3.4 焊接工艺参数对熔池传热流动行为的影响 65
3.5 熔池凝固参数分布及其对微观组织的影响 67
3.5.1 熔池凝固参数分布规律 67
3.5.2 凝固参数分布对微观组织的影响 68
本章参考文献 73
第4章 铝合金薄板激光焊接凝固初期微观组织演化 75
4.1 未考虑形核的多尺度模型验证 76
4.1.1 晶粒组织层面的多尺度模型验证 77
4.1.2 枝晶组织层面的多尺度模型验证 77
4.2 平面晶向胞状晶转变及界面稳定性机制 78
4.2.1 平面晶向胞状晶转变过程 78
4.2.2 界面稳定性机制 80
4.3胞状晶向柱状晶转变及枝晶间距调整机制 82
4.3.1 胞状晶向柱状晶转变过程 82
4.3.2 枝晶间距调整机制 83
4.4 基于枝晶演化的多晶粒竞争生长机制 86
4.4.1 晶粒组织瞬态生长过程 86
4.4.2 晶粒竞争生长机理 88
本章参考文献 89
第5章 铝合金薄板激光焊接全焊缝凝固微观组织演化 91
5.1 铝合金薄板激光焊接焊缝等轴晶形核机制 92
5.1.1 实验原理及方法 92
5.1.2 基于“重叠焊接”方法的等轴晶形核机制 93
5.1.3 异质形核核心物相 95
5.2 考虑晶粒形核的多尺度模型验证 97
5.3 全焊缝熔池凝固微观组织动态演化过程 99
5.4 焊缝溶质元素偏析行为 105
5.5 异质核心数量密度对全焊缝凝固微观组织的影响 109
本章参考文献 111
第6章 磁场作用下铝合金激光焊接微观组织演化 113
6.1 外加辅助磁场激光焊接实验及数值模拟参数 114
6.1.1 实验材料、设备及方法 114
6.1.2 数值模拟参数 115
6.2 磁场对激光焊接熔池流动行为的影响 116
6.2.1 铝合金激光焊接过程中熔池流动行为及其数值模拟 116
6.2.2 磁场作用下铝合金激光焊接熔池流动行为及其数值模拟 121
6.2.3 磁场对铝合金激光焊接熔池流动行为的影响 128
6.3 磁场作用下的等轴晶生长行为 131
6.3.1 等轴晶生长初始时刻热电磁力解析模型 131
6.3.2 等轴晶生长初始时刻热电磁流动数值模拟 133
6.3.3 磁场对等轴晶形貌的影响 135
6.4 磁场作用下的柱状晶生长行为 137
6.4.1 自然对流作用下的柱状晶生长行为 137
6.4.2 磁场对柱状晶生长行为的影响 138
6.4.3 磁感应强度对柱状晶形貌的影响 140
6.5 磁场作用下平面晶向柱状晶的过渡行为 142
本章参考文献 148
第7章 铝合金激光焊接焊缝凝固微观组织工艺调控方法 151
7.1 激光焊接工艺参数优化 152
7.2 激光焊接微合金化 156
7.3 磁场辅助激光焊接 160
7.4 颗粒增强激光熔注焊接 162
7.5 摆动激光焊接 167
本章参考文献 173
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