铝合金薄壁构件激光焊接多尺度建模与仿真

《铝合金薄壁构件激光焊接多尺度建模与仿真》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。
《铝合金薄壁构件激光焊接多尺度建模与仿真》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。

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
2.4.1CPU-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
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