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第1章 引论1

1.1激光熔覆与绿色再制造1

1.2激光熔覆技术研究现状3

1.3机械制造领域的热损伤研究6

1.4再制造产品的寿命评估方法8

第2章 激光熔覆热损伤的相变分析12

2.1材料相变热力学12

2.1.1相变及其分类12

2.1.2相变驱动力与新相的形成14

2.2材料相变动力学17

2.2.1相变形核率17

2.2.2新相的长大18

2.2.3新相转变体积分数20

2.3激光熔覆后材料的金相形貌21

2.3.1激光与材料相互作用21

2.3.2激光熔覆过程中的能量分配22

2.3.3熔覆层金相形貌23

2.3.4基体上的金相形貌25

第3章 激光熔覆的数值仿真分析29

3.1激光熔覆仿真简介29

3.2有限元模型描述29

3.2.1物理模型及假设29

3.2.2热源模型及其加载32

3.2.3热传递的基本方式及边界条件33

3.3温度场仿真结果34

3.3.1激光功率对温度场的影响35

3.3.2扫描速度对温度场的影响40

3.3.3光斑直径对温度场的影响44

3.3.4温控基体热影响范围46

3.4残余应力仿真结果47

3.4.1热力耦合的理论关系47

3.4.2熔覆残余应力的共性特征48

3.4.3各参数对残余应力的影响52

3.4.4应力仿真结论59

第4章 激光熔覆热损伤量化评定模型61

4.1熔覆热损伤试验论证61

4.1.1试验方案61

4.1.2静强度试验62

4.1.3疲劳试验65

4.2热损伤定量评估模型68

4.2.1非连续性损伤因子68

4.2.2显微硬度损伤因子69

4.2.3残余应力损伤因子72

4.2.4热损伤程度量化评定综合模型74

4.3参量模型应用75

4.3.1硬度损伤因子75

4.3.2应力损伤因子80

第5章 基于无损检测的再制造热-疲劳耦合损伤研究83

5.1无损检测技术的选择83

5.2磁记忆技术的基本理论84

5.2.1磁致伸缩与磁机械效应84

5.2.2铁磁工件的自发磁化85

5.2.3磁记忆检测原理86

5.3激光表面处理热损伤磁记忆相关性研究88

5.3.1试验方案88

5.3.2基于疲劳累积损伤的磁记忆检测结果89

5.3.3基于疲劳累积损伤的热损伤磁信号检测结果92

5.3.4结果探讨94

5.4激光熔覆热-疲劳耦合损伤金属磁记忆检测96

5.4.1激光熔覆试件制备96

5.4.2激光熔覆试件初始热损伤检测96

5.4.3熔覆试件热疲劳耦合损伤检测100

第6章 激光熔覆工艺基础及其再制造应用105

6.1单道熔覆几何特征105

6.1.1粉末流对激光的衰减作用105

6.1.2熔覆层几何特征数学模型107

6.2单道熔覆试验研究111

6.2.1试验条件111

6.2.2工艺参数选择111

6.2.3试验结果分析112

6.3基于回归正交试验的模型修正120

6.3.1激光熔覆几何特征模型修正方法120

6.3.2二次回归正交试验设计及回归方程分析121

6.3.3修正模型及模型精度检验127

6.4激光熔覆几何特征与再制造应用131

6.4.1激光熔覆再制造工艺规划131

6.4.2单道几何特征模型在工艺规划中的应用136

第7章 再制造毛坯损伤与剩余寿命评估140

7.1疲劳累积损伤理论140

7.2疲劳寿命评估方法141

7.2.1名义应力法142

7.2.2局部应力-应变法142

7.3再制造毛坯损伤与剩余寿命评估模型143

7.3.1非线性疲劳累积损伤模型修正144

7.3.2修正模型材料参数的确定145

7.3.3再制造毛坯剩余寿命评估147

第8章 激光熔覆再制造产品寿命评估150

8.1激光熔覆热-疲劳耦合损伤评估模型150

8.1.1Chaboche非线性连续疲劳累积损伤模型修正150

8.1.2模型材料参数的确定151

8.1.3激光熔覆热—疲劳耦合损伤评估研究152

8.1.4基于非线性连续损伤的激光熔覆再制造试件寿命评估154

8.2基于能量法的激光熔覆再制造试件寿命评估156

8.2.1常用能量法简介156

8.2.2激光熔覆试件疲劳裂纹萌生寿命评估158

8.2.3激光熔覆试件疲劳裂纹扩展寿命评估161

8.3铁路车轮激光熔覆再制造寿命评估162

8.3.1铁路车轮常见损伤162

8.3.2铁路车轮损伤评估常用模型167

8.3.3再制造铁路车轮损伤及寿命评估169

参考文献175