[發(fā)明專利]高能束增材制造有限元熱力耦合模型的校驗方法及其數(shù)據(jù)測量裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711124385.2
• 申請日: 2017-11-14
• 公開（公告）號: CN108132075B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發(fā)明（設計）人: 林鑫;鹿旭飛;馬良;楊海歐;譚華;胡云龍
• 申請（專利權）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G06F17/50
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李宏德

1.高能束增材制造有限元熱力耦合模型的校驗方法，其特征在于，包括如下步驟，

步驟1，將校驗數(shù)據(jù)測量裝置初始化，對高能束增材制造加工中的熔覆過程及熱-變形-應變實時實驗測量；數(shù)據(jù)記錄儀采集熱電偶測溫數(shù)據(jù)和位移傳感器的位移信號，熱成像采集系統(tǒng)收集溫度場信號，三維數(shù)字動態(tài)散斑應變測量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)收集應變場信號；

步驟2，建立高能束增材制造有限元熱力耦合模型框架，輸入材料屬性并劃分網(wǎng)格；然后根據(jù)經(jīng)驗設置初始溫度場邊界條件，利用所建立的模型模擬計算成形過程的溫度場，將模擬結果與熱電偶測溫數(shù)據(jù)及熱成像采集系統(tǒng)所測的溫度場結果進行對比分析，根據(jù)模擬與實驗測量結果差異調(diào)整溫度場邊界條件，直到模擬結果與實驗測量結果匹配，完成了有限元溫度場的校準；

步驟3，根據(jù)實驗加工過程設置力場邊界條件并將校準的溫度場結果作為力場計算的初始條件，利用模型模擬計算成形過程的力場演化過程，得到基板變形及應變場結果；將模擬的基板變形及應變場結果與實驗所測的基板變形和應變場結果進行對比分析，依據(jù)誤差調(diào)整力場邊界條件，直到模擬結果能與實驗測量結果匹配，完成了有限元力場的校準；即完成了高能束增材制造有限元熱力耦合模型的校準；

其中，所述的校驗數(shù)據(jù)測量裝置，包括工作臺，以及安裝在工作臺上的夾具系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；

所述的夾具系統(tǒng)包括依次從上向下固定設置的基板固定板(2)、上支架(3)和下支架(5)；基板固定板(2)固定在上支架(3)上端單邊夾持固定基板(13)，上支架(3)和下支架(5)之間固定夾持設置與基板(13)平行設置的位移傳感器固定板(8)；上支架(3)的一側(cè)固定設置熱電偶測溫架(17)；

所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括通過熱電偶測溫架(17)設置在熱電偶測溫點的熱電偶(9)，固定在位移傳感器固定板(8)上的位移傳感器(10)，與熱電偶測溫架(17)相對設置的三維數(shù)字動態(tài)散斑應變測量儀，以及與上支架(3)相對設置的熱成像儀(11)；位移傳感器(10)的測量頭設置在基板下端，三維數(shù)字動態(tài)散斑應變測量儀和熱成像儀(11)的采集端均對準基板(13)和加工區(qū)。

2.根據(jù)權利要求1所述的高能束增材制造有限元熱力耦合模型的校驗方法，其特征在于，步驟1中初始化時，將熱電偶和位移傳感器與數(shù)據(jù)記錄儀相連接，并進行調(diào)試，準備接收溫度信號和變形信號；調(diào)試熱成像儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，準備接收熱成像信號；調(diào)試三維數(shù)字動態(tài)散斑應變測量儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，準備接收應變信號。

3.根據(jù)權利要求1所述的高能束增材制造有限元熱力耦合模型的校驗方法，其特征在于，步驟1中，實時實驗測量時，根據(jù)熱電偶測溫數(shù)據(jù)能夠得到成形件測量位置的溫度變化；數(shù)據(jù)采集儀記錄位移傳感器輸出的電壓信號，并根據(jù)位移與電壓轉(zhuǎn)換關系將提取的電壓信號轉(zhuǎn)換成位移信號得到基板的實時變形過程。

4.根據(jù)權利要求1所述的高能束增材制造有限元熱力耦合模型的校驗方法，其特征在于，步驟1中，對成形過程中熱成像儀的輻射率和能量傳輸率進行校準；利用熱電偶所測量的測溫點準確溫度值對熱成像儀監(jiān)測的對應點溫度數(shù)值進行校準，即獲得熱成像儀監(jiān)測過程中準確的輻射率和能量傳輸率，然后對整個成形過程中熱成像相機視場下所有測溫點采用所得的準確的輻射率和能量傳輸率，完成熱成像儀校準。

5.根據(jù)權利要求1所述的高能束增材制造有限元熱力耦合模型的校驗方法，其特征在于，步驟2中，初始溫度場邊界條件包括能量吸收率、對流系數(shù)及熱輻射率。

6.根據(jù)權利要求1所述的高能束增材制造有限元熱力耦合模型的校驗方法，其特征在于，所述的熱電偶測溫架(17)上設置有若干插孔，插孔內(nèi)設置有剛玉管；熱電偶(9)的測溫頭穿過剛玉管且裸露于剛玉管靠近加工區(qū)的端部，熱電偶(9)的熱電偶絲焊接在退火態(tài)基板的不同位置處。

7.根據(jù)權利要求1所述的高能束增材制造有限元熱力耦合模型的校驗方法，其特征在于，三維數(shù)字動態(tài)散斑應變測量儀包括呈角度設置的第一三維數(shù)字動態(tài)散斑應變測量儀鏡頭(4)和第二三維數(shù)字動態(tài)散斑應變測量儀鏡頭(6)；三維數(shù)字動態(tài)散斑應變測量儀設置在與工作臺固定的應變測量儀支架(7)上，應變測量儀支架(7)的高度和角度均能夠調(diào)整。