中国激光, 2020, 47 (12): 1202006, 网络出版: 2020-11-27   

激光直接沉积TA2/TA15梯度材料弯曲性能的有限元模拟 下载: 1037次

Finite Element Simulation on Bending Properties of TA2/TA15 Gradient Material by Laser Direct Deposition
作者单位
1 北京航空航天大学材料科学与工程学院, 大型金属构件增材制造国家工程实验室, 北京 102206
2 煜鼎增材制造研究院有限公司, 北京 100025
图 & 表

图 1. 激光直接沉积过程示意图以及三点弯曲试验取样示意图。(a)多道多层沉积示意图;(b)三点弯曲试验取样位置示意图

Fig. 1. Schematic of laser direct deposition process and sampling diagram for three-point bending experiment. (a) Schematic of multi-channel and multi-layer deposition; (b) sampling diagram for three-point bending experiment

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图 2. 有限元模拟三点弯曲试验的几何模型及网格划分

Fig. 2. Geometric model and meshing of three-point bending experiment in finite element simulation

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图 3. TA2/TA15梯度材料中TA15和TA2合金区域的OM和SEM图。(a) TA15;(b) TA2

Fig. 3. OM and SEM images of TA15 and TA2 zones of TA2/TA15 gradient materials. (a) TA15; (b) TA2

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图 4. TA2/TA15梯度材料过渡区的OM和SEM图。(a)过渡区的宏观组织;(b)(c)(d)不同过渡区的微观组织

Fig. 4. OM and SEM images of transition zone of TA2/TA15 gradient material. (a) Macrostructure image of transition zone; (b)(c)(d) microstructures of different transition zones

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图 5. 铝含量不同的TA2/TA15梯度材料的显微硬度

Fig. 5. Microhardness of TA2/TA15 gradient materials with different Al contents

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图 6. 三点弯曲试验结果。(a)试样的宏观变形图;(b)试样的载荷-位移曲线;(c)试样的抗弯强度;(d)试样弯曲失效的位移

Fig. 6. Experimental result of three-point bending. (a) Macroscopic deformation of samples; (b) load-displacement curves of samples; (c) bending strength of specimens; (d) displacement of samples in bending failure

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图 7. 试样弯曲失效的SEM图。(a)(b) TA15试样;(c) GZ-1试样;(d) GZ-2试样

Fig. 7. SEM images of samples after failure during bending experiment. (a)(b) TA15 sample; (c) GZ-1 sample; (d) GZ-2 sample

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图 8. GZ-3试样中裂纹的扩展路径图。(a)裂纹扩展路径的底部位置;(b)裂纹扩展路径的开始位置

Fig. 8. Images of crack propagation path of GZ-3 sample. (a) Bottom of crack propagation path; (b) beginning position of crack propagation path

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图 9. x方向上最大真实应变为0.005、0.05、0.1时有限元模拟梯度材料的应力场分布图。(a) TA15模型;(b) GZ-1模型;(c) GZ-2模型;(d) GZ-3模型

Fig. 9. Stress field distribution diagrams of gradient materials obtained by finite element simulation when the maximum true strain in x direction is 0.005, 0.05, and 0.1. (a) TA15 model; (b) GZ-1 model; (c) GZ-2 model; (d) GZ-3 model

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图 10. 外加载荷分别为200,400,600 N时有限元模拟梯度材料的应力场分布图。(a) TA15模型;(b) GZ-1模型;(c) GZ-2模型;(d) GZ-3模型

Fig. 10. Stress field distribution of gradient materials obtained by finite element simulation when the load is 200 N, 400 N, and 600 N. (a) TA15 model; (b) GZ-1 model; (c) GZ-2 model; (d) GZ-3 model

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图 11. 三点弯曲试验与有限元模拟得到的TA15试样的载荷-位移曲线

Fig. 11. Load-displacement curves of TA15 sample obtained by three-point bending test and finite element simulation

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表 1TA2和TA15合金的化学成分

Table1. Chemical composition of TA2 and TA15 alloys

AlloyMass fraction /%
TiAlZrMoVCFeSiONH
TA2Bal.----0.100.30-0.250.050.015
TA15Bal.5.5--7.01.5--2.50.5--2.00.8--2.50.100.250.150.150.050.015

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表 2沉积态TA2、TA15及TA2/TA15梯度材料的拉伸性能

Table2. Tensile properties of as-deposited TA2, TA15 and TA2/TA15 gradient materials

MaterialYieldstrength /MPaTensilestrength /MPa
TA2396490
TA2/TA15 (massfraction of Al is 1.5%)561653
TA2/TA15 (massfraction of Al is 2.5%)651735
TA2/TA15 (massfraction of Al is 4.0%)763862
TA159461014

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胡悦, 刘莎莎, 程序, 刘栋. 激光直接沉积TA2/TA15梯度材料弯曲性能的有限元模拟[J]. 中国激光, 2020, 47(12): 1202006. Hu Yue, Liu Shasha, Cheng Xu, Liu Dong. Finite Element Simulation on Bending Properties of TA2/TA15 Gradient Material by Laser Direct Deposition[J]. Chinese Journal of Lasers, 2020, 47(12): 1202006.

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