[發(fā)明專利]一種激光定向能量沉積熔池形貌尺寸預(yù)測與監(jiān)控方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010073427.X | 申請日： | 2020-01-22 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN111112621B | 公開（公告）日： | 2021-08-03 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 韋輝亮;廖文和;劉婷婷;劉福欽 | 申請（專利權(quán)）人： | 南京理工大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | B22F3/105 | 分類號(hào)： | B22F3/105;G01B21/04;G01B21/08;G01B21/20;B33Y10/00;B33Y50/02 |
| 代理公司： | 南京鐘山專利代理有限公司 32252 | 代理人： | 劉佳慧 |
| 地址： | 210094 江*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 激光 定向 能量 沉積 熔池 形貌 尺寸 預(yù)測 監(jiān)控 方法 | ||
1.一種激光定向能量沉積熔池形貌尺寸預(yù)測與監(jiān)控方法，其特征在于：
步驟一、建立計(jì)算流體力學(xué)模型，進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，定義材料熱物理屬性，進(jìn)行模型初始化；
步驟二、建立控制方程，并依據(jù)方程模擬出熔池；
步驟三、根據(jù)各個(gè)網(wǎng)格的體積分?jǐn)?shù)變量和溫度判斷各交界面和熔池的實(shí)時(shí)形貌位置，計(jì)算出熔池的尺寸；
其中，定義體積分?jǐn)?shù)變量α，在每一時(shí)刻，若α＝1，則網(wǎng)格單元內(nèi)部為金屬域，若α＝0，則網(wǎng)格單元內(nèi)部為氣體域，若0＜α＜1，則網(wǎng)格單元內(nèi)為氣體與金屬混合域；
體積分?jǐn)?shù)變量α根據(jù)控制方程計(jì)算得到；
根據(jù)α值為0.5的條件追蹤確定金屬相與氣體相的交界面；
根據(jù)α值為1的條件追蹤確定金屬相；
熔池的尺寸包括熔池長度、熔池寬度、熔池高度、熔池深度、熔池頂部表面積、熔池體積和熔池橫斷面面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光定向能量沉積熔池形貌尺寸預(yù)測與監(jiān)控方法，其特征在于：
其中，步驟三中，所述熔池長度的監(jiān)控方法為：
確定金屬相與氣體相的交界面；
遍歷金屬相與氣體相交界面的所有網(wǎng)格，提取所有網(wǎng)格的溫度值；
在溫度等于沉積材料固相線溫度的網(wǎng)格中，提取其X軸坐標(biāo)值，最大X軸坐標(biāo)值與最小X軸坐標(biāo)值的差值即為所述熔池長度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光定向能量沉積熔池形貌尺寸預(yù)測與監(jiān)控方法，其特征在于：
其中，步驟三中，所述熔池寬度的監(jiān)控方法為：
確定金屬相與氣體相的交界面；
遍歷金屬相與氣體相交界面的所有網(wǎng)格，提取所有網(wǎng)格的溫度值；
在溫度等于沉積材料固相線溫度的網(wǎng)格中，提取其Y軸坐標(biāo)值，最大Y軸坐標(biāo)值與最小Y軸坐標(biāo)值的差值即為所述熔池寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光定向能量沉積熔池形貌尺寸預(yù)測與監(jiān)控方法，其特征在于：
其中，步驟三中，所述熔池高度的監(jiān)測方法為：
確定金屬相與氣體相的交界面；
遍歷金屬相與氣體相交界面的所有網(wǎng)格，提取所有網(wǎng)格的Z軸坐標(biāo)值，金屬相與氣體相交界面所有網(wǎng)格中最小Z軸坐標(biāo)值為金屬基板高度，最大Z軸坐標(biāo)值為熔池頂部高度；
熔池頂部高度與金屬基板高度的差值即為所述熔池高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光定向能量沉積熔池形貌尺寸預(yù)測與監(jiān)控方法，其特征在于：
其中，步驟三中，所述熔池深度的監(jiān)測方法為：
確定金屬相；
遍歷金屬相的所有網(wǎng)格，提取所有網(wǎng)格的溫度值；
在溫度等于沉積材料固相線溫度的網(wǎng)格中，提取其Z軸坐標(biāo)值，溫度等于沉積材料固相線溫度的網(wǎng)格中最小Z軸坐標(biāo)值為熔池底部高度；
所述金屬基板高度與熔池底部高度的差值即為所述熔池深度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光定向能量沉積熔池形貌尺寸預(yù)測與監(jiān)控方法，其特征在于：
其中，步驟三中，所述熔池頂部表面積的監(jiān)測方法為：
確定金屬相與氣體相的交界面；
遍歷金屬相與氣體相交界面的所有網(wǎng)格，提取所有網(wǎng)格的溫度值；
計(jì)算溫度大于沉積材料固相線溫度的網(wǎng)格數(shù)量，記為熔池的頂部表面網(wǎng)格數(shù)；
熔池的頂部表面網(wǎng)格數(shù)乘以網(wǎng)格的表面積即為所述熔池頂部表面積。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光定向能量沉積熔池形貌尺寸預(yù)測與監(jiān)控方法，其特征在于：
其中，步驟三中，所述熔池體積的監(jiān)測方法為：
遍歷作用域所有網(wǎng)格，計(jì)算溫度大于沉積材料固相線溫度的網(wǎng)格數(shù)量，記為熔池的網(wǎng)格數(shù)；
熔池的網(wǎng)格數(shù)乘以網(wǎng)格的體積即為所述熔池體積。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光定向能量沉積熔池形貌尺寸預(yù)測與監(jiān)控方法，其特征在于：
其中，步驟三中，所述熔池橫斷面面積的監(jiān)測方法為：
遍歷熔池橫斷面處的所有網(wǎng)格，計(jì)算溫度大于沉積材料固相線溫度的網(wǎng)格數(shù)量，記為該熔池橫斷面的網(wǎng)格數(shù)；
熔池橫斷面的網(wǎng)格數(shù)乘以網(wǎng)格的橫斷面積即為所述熔池橫斷面面積。
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