پديد آورنده :
برزگر شلماني، محمدرضا
عنوان :
شبيه سازي انجماد در فرآيند روكش كاري ليزري با استفاده از روش ميدان فازي با لحاظ كردن رشد ناهمسانگرد و بدون پديده نفوذ
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
طراحي كاربردي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
پانزده، 88ص. : مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
مهدي جوان بخت بروجني
استاد مشاور :
احسان فروزمهر
توصيفگر ها :
روكش كاري ليزري , روش ميدان فازي , حوضچه مذاب , انجماد , ناهمسانگردي
استاد داور :
محمدرضا فروزان، محسن بدرسماي
تاريخ ورود اطلاعات :
1399/02/13
رشته تحصيلي :
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1399/02/14
چكيده فارسي :
چكيده يكي از كاربردهاي مهم ليزر در دهه هاي اخير روكش كاري سطحي با استفاده از پرتو ليزر است كه در آن با ذوب ماده افزودني توسط ليزر بر روي يك بستر و در نتيجه انجماد آن روكش مورد نظر ايجاد مي گردد اين فرآيند انجمادي همراه با پديده انتقال حرارت و استحاله فاز مي باشد كه منجر به تشكيل ميكروساختارهاي انجمادي متنوع مي گردد يكي از روش هاي مهم و نوين مطالعه شكل گيري اين ميكروساختارها روش ميدان فازي مي باشدكه با تعريف پارامتر انجماد و وابسته نمودن انرژي سيستم به آن و كمينه كردن انرژي در طور زمان چگونگي تحول ميكروساختار انجمادي را پيش بيني مي كند در تحقيق حاضر از يك مدلسازي دومقياسي بر مبناي ميدان فازبراي شبيه سازي انجماد در فلز تيتانيوم استفاده شده است در مرحله نخست و در مقياس ماكرو حركت ليزر و اضافه شدن جرم افزودني بر روي بستر شبيه سازي شده و معادله انتقال حرارت گذرا در بستر و جرم افزودني حل مي گردد بدين صورت كه همراه با حركت ليزر المانهاي ماكروي جرم افزودني بر طبق الگوي مشخص پس از هر گام زماني فعال شده و شكل حوضچهي مذاب و توزيع ميدان حرارتي محاسبه مي شود در مرحله بعد و در مقياس ميكرو و با در اختيار داشتن ميدان حرارتي در اطراف فصلمشترك جامد مذاب از مرحله قبل و انتخاب ميكروسل مناسب معادلات مساله انجماد شامل معادلات كوپل كان هيليارد و حرارت و بدون لحاظ پديده نفوذ حل مي گردد و انجماد براي رژيمهاي هممحور و ستوني تحت مادون تبريد در ناحيه مرزحوضچه مذاب شبيه سازي مي گردد براي شبيه سازي فرآيند و حل معادلات مزبور از نرم افزار كامسول استفاده شده است روند حل معادلات و فرآيند شبيه سازي از طريق مقايسه ميكروساختارهاي توليد شده و سرعت انتشار آنها با نتايج عددي و تحليلي موجود صحتسنجي گشتهاند در اين پژوهش انجماد براي رژيم هاي ستوني و هم محور تحت مادون تبريد و با در نظر گرفتن ضخامت هاي مختلف براي بستر و جرم ماده افزودني توان هاي متفاوت ضرايب ناهمسانگردي مختلف و ابعاد مختلف ميكروسل شبيه سازي و تحليل شده است نتايج شامل پيشبيني شكل و هندسه حوضچه مذاب و روند تكاملي شكل هاي ميكروساختاري و توزيع دمايي درون قطعهي بستر و روكش مي باشد از نتايج مهم مي توان به افزايش سرعت جبههي انجماد با افزايش ابعاد بستر و يا كاهش ميزان توان اشاره نمود كه سبب افزايش نرخ انجماد و رشد شاخه هاي انجمادي مي گردد هم چنين تغيير ضريب نا همسانگردي باعث تغيير قابل ملاحظه در تعداد شاخه هاي انجمادي نمي گردد كه اين بيانگر غالب بودن اثر مادون تبريد بر ناهمسانگردي در بازه مورد مطالعه است به علاوه با افزايش ابعاد ميكروسل روند انجماد مرزي تغيير نموده و اثر آن بر انجماد داخلي كاهش مي يابد نتايج در مورد انجماد همزمان چند رژيم انجمادي نيز بيانگر عدم تداخل اين رژيم ها در حين رشد بوده كه موجب پس زني جبهه انجماد و تغيير مسير آن مي گردد كلمات كليدي روكشكاري ليزري روش ميدان فازي حوضچه مذاب انجماد ناهمسانگردي
چكيده انگليسي :
20Simulation of anisotropic growth and diffusionless solidification in laser cladding process using phase field method Mohammad Reza Barzegar Shalmani mr barzegar@me iut ac ir Date of Submission 1119 11 11 Department of Mechanical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree M Sc Language FarsiSupervisor Mahdi Javanbakht javanbakht@cc iut ac irAbstract One of the important laser applications in recent decades is the laser cladding in which the additivepowder is molten using the laser and layered on a substrate which solidification gives the proper clad Suchprocess is involved with heat transfer and phase transformation which creates solidification microstructures One of the new important and new approaches to sturdy the evolution of such microstructures is the phasefield approach which defines a solidification parameter based on which the system energy is defined and thenis minimized in time using a kinetic equation which gives the evolution of the microstructures In the presentwork solidification of the molten pool in laser cladding process for Ti is studied using a multiscale modeling First the laser scanning on the substrate is simulated and the mass addition is considered such that thepredefined microelements of the additive mass are activated along with the laser motion based on a specificpattern Simultaneously the shape and geometry of the molten pool and the temperature field are calculated Next different types of solidification behaviors such as equiaxed and columnar growths are studied in themicroelements inside the solid melt interface using the phase field method and the coupled system of Cahn Hilliard and energy is solved using the finite element method in COMSOL Numerical procedure is verifiedbased on different microstructures and solid melt interface velocity compared with those of the previousstudies The evolution of equiaxed and columnar microstructures under overcooling is investigated fordifferent sizes of the substrate and the additive mass laser powers anisotropy coefficients and differentmicrocell sizes The results include the predication of molten pool morphology and evolution solidificationmicrostructure evolution and temperature distribution It is found that the solidification rate increases byincreasing the substrate size and decreasing the laser power Also change in anisotropy coefficient does showa remarkable effect on the microstructure which implies the dominance of undercooling compared to theanisotropy effect More aver increasing the sample size changes the solidification regime and decreases theB Cs effect on the bulk solidification The results of the simultaneous growth of different regimes also showthat the sonification is suppressed in some directions while it is promoted in other directions i e nointerference of different regimes occurs Keywords Laser cladding phase field method molten pool solidification anisotropic
استاد راهنما :
مهدي جوان بخت بروجني
استاد مشاور :
احسان فروزمهر
استاد داور :
محمدرضا فروزان، محسن بدرسماي
