[發(fā)明專利]基于時(shí)間和空間主動(dòng)跟蹤的激光3D打印熔池凝固行為數(shù)值模擬方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610053576.3
• 申請(qǐng)日: 2016-01-26
• 公開（公告）號(hào): CN105718690A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧冬冬;石齊民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 彭英

1.一種基于時(shí)間和空間主動(dòng)跟蹤的激光3D打印熔池凝固行為數(shù)值模擬方法，其特征在于，包括如下步驟：

第一步驟：3D打印三維有限元模型的建立

在有限元模擬軟件中建立工件的計(jì)算幾何模型以及定義工件的材料屬性，并對(duì)工件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，最終獲得工件的三維有限元模型；

第二步驟：控制方程的建立

針對(duì)第一步建立的三維有限元模型，建立控制方程；所述的控制方程為三維熱傳導(dǎo)方程，同時(shí)根據(jù)前述的三維有限元模型，設(shè)置三維熱傳導(dǎo)方程的初始條件、邊界條件；

第三步驟：3D打印溫度場(chǎng)計(jì)算

根據(jù)第二步驟設(shè)置的初始條件以及邊界條件，采用牛頓-拉普森方法計(jì)算三維熱傳導(dǎo)方程，得到在三維有限元模型的不同位點(diǎn)施加高斯熱源時(shí)，三維有限元模型中各網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)在3D打印過程中隨時(shí)間變化的溫度T，即得到三維有限元模型的溫度場(chǎng)；

在求解三維熱傳導(dǎo)方程的過程中，當(dāng)某網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)在當(dāng)下計(jì)算步所得到的溫度T的數(shù)值不小于材料熔點(diǎn)時(shí)，記該網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)溫度為T₂，并觸發(fā)3D打印熔池的凝固速率模型，并根據(jù)該凝固速率模型計(jì)算出熔池凝固速率v_coo：

vcoo=T2-T1t]]>

其中：T₁為同一節(jié)點(diǎn)前一計(jì)算步得到的溫度值，t為三維熱傳導(dǎo)方程計(jì)算時(shí)所設(shè)置的時(shí)間步長(zhǎng)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于時(shí)間和空間主動(dòng)跟蹤的激光3D打印熔池凝固行為數(shù)值模擬方法，其特征在于，在第三步驟中，根據(jù)所得到的三維有限元模型中各網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)在3D打印過程中隨時(shí)間變化的溫度T，得到3D打印過程中，溫度T在Y方向、Z方向上的溫度梯度。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于時(shí)間和空間主動(dòng)跟蹤的激光3D打印熔池凝固行為數(shù)值模擬方法，其特征在于，在第三步驟中，根據(jù)所得到的三維有限元模型中各網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)在3D打印過程中隨時(shí)間變化的溫度T，得到3D打印過程中，溫度T在熔池橫截面的形態(tài)分布。