2、氧化铝 - 氧化锆（氧化钇）共晶材料激光近净成形过程的应力与裂纹分析

氧化铝 - 氧化锆（氧化钇）共晶材料激光近净成形过程的应力与裂纹分析

1. 材料热 - 机械性能与模型构建

在激光近净成形（LENS）过程的研究中，氧化铝 - 氧化锆（氧化钇）共晶材料的热 - 机械性能数据被用于有限元分析。由于熔池中的热不仅通过传导传递，还会因流体流动产生对流，因此在模拟中通过提高材料熔点以上的热导率来模拟这种对流现象。

在模拟时，样品和沉积基板均采用氧化铝 - 氧化锆（氧化钇）材料。几何模型与制备部件的轮廓相同，模拟的壁状样品尺寸为 20mm（长）×3.46mm（宽）×6.75mm（高），对应 25 层的壁结构。样品放置在基板中心，基板尺寸假设为 22mm（长）×8mm（宽）×3mm（高）。选择八节点 solid70 单元对几何模型进行离散化，在样品与基板的接触界面及其周围区域采用密集的有限元网格，因为这些区域预计会有较高的热梯度。

为了展示 LENS 过程中温度和热应力的变化，选择特定节点作为特征点。由于激光束在不同层的扫描方向不同，样品中心和边缘的加工条件存在显著差异，这些特征点能够反映这种差异。

2. 初始条件与边界条件设定

为了计算温度分布，采用有限元方法数值求解热传导方程：
[
\rho(T )c(T )\frac{\partial T}{\partial t}-k(T )\left(\frac{\partial^{2} T}{\partial x^{2}}+\frac{\partial^{2} T}{\partial y^{2}}+\frac{\partial^{2} T}{\partial z^{2}}\right)-Q = 0
]
其中，$T$ 是温度，$t$