[發明專利]一種增材制造微觀組織超聲檢測有限元建模的方法

在審

• 申請號: 202011041196.0
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112163356A
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 秦訓鵬;潘曉萌;汪小凱;曾研
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/15;G06F113/10
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 齊晨涵

本發明公開了一種增材制造微觀組織超聲檢測有限元模型的建模方法，首先生成增材制造微觀組織即晶粒結構；將不同晶粒度的區域組合在一起，形成整體模型；選擇合適的物理場；對不同的晶粒賦予不同的取向下的剛度矩陣；使用COMSOL with MATLAB將在MATLAB中生成的晶粒幾何、物理場接口、取向信息都儲存為一個模型；在COMSOL中連接服務器將模型導入；進行仿真計算。省去了在COMSOL中畫圖的繁瑣，建模過程簡化；晶粒個數多、面積小，在COMSOL中難以對晶粒進行取向賦予，在MATLAB中直接進行域的選擇，更加精確清晰。通過其仿真來分析增材制造微觀組織，對汽車零部件的整體性能進行預判。

技術領域

本發明涉及汽車制造領域，更具體的說，涉及汽車制造過程中的增材制造微觀組織超聲檢測有限元建模的方法。

背景技術

增材制造技術是基于離散-堆疊原理，通過預先建立數字模型，運用粉材或絲材進行多層多道熔覆堆積的成形工藝，可一體化成形大型復雜結構零件。電弧增材制造是以電弧作為熱源熔化金屬絲材，按照設定路徑在金屬基板上逐層熔敷堆積成型，具有制造周期短、經濟型好、材料利用率高、易實現自動化等優點，可以快速制造出形狀結構較為復雜的零件。電弧增材制造在多層堆疊、焊接熱循環等綜合作用下，基體和增材層不同區域晶粒大小不均、呈分層分布，在熔池凝固過程中，可能產生氣孔、微裂紋、夾雜、分層等宏觀缺陷。電弧增材制造金屬采用電弧作為熱源，在工件制備過程中由于溫度、工件材料和尺寸、電源參數等因素的波動，系統很難處于穩定狀態。內部多晶結構具有晶粒尺寸分布不均勻、晶粒粗大、較強的彈性各向異性等特點，因此會對超聲檢測帶來諸多影響：如晶粒尺寸粗大會使超聲波傳播過程中引起結構噪音、散射衰減等，嚴重影響了缺陷檢測的精度。

發明內容

本發明的目的就是為了克服現有技術的不足，提供增材制造微觀組織超聲檢測有限元建模的方法。

為實現上述目的，本發明所提出的增材制造微觀組織超聲檢測有限元建模的方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

建立增材制造晶粒的幾何模型；

選擇合適的物理場；

以不同的域選擇晶粒為一種取向；

將以上步驟得到的結果通過COMSOL with MATLAB儲存為一個模型，并導入COMSOL；

進行仿真計算。

進一步地，建立增材制造微觀組織的幾何模型具體為：在MATLAB中編寫程序生成晶粒的幾何圖形，采用整體建模的方法，分別編寫不同區域的晶粒程序，最后將四個區域的矩陣串聯在一起，繪制出整體的模型。

更進一步地，在MATLAB中編寫程序生成晶粒的幾何圖形的具體過程為：

采用Voronoi算法，用隨機種子點作為發生元，生成隨機分布的Voronoi圖；

使用Mpt_Voronoi函數，構造所需邊界形貌，設置邊界尺寸，使得邊界不會無窮增長；其中Mpt_Voronoi函數的格式為：[V]＝mpt_voronoi(A,’bound’,B)，A為隨機點坐標矩陣，B為邊界條件；

定義控制參數，通過調節控制參數的大小來控制Voronoi圖中的晶粒大小，從而可以控制隨機生成的Voronoi圖中晶粒分布與大小；

將各個區域的晶粒生成之后，將其矩陣串聯在一起，形成包含四個不同晶粒度區域的整體模型。

進一步地，以不同的域選擇晶粒為一種取向是以10個晶粒為單位進行選擇。簡化了建模過程。

優選地，所述物理場為固體力學物理場。

優選地，進行仿真計算的具體過程為：

設置材料參數，劃分網格，進行超聲波仿真計算，包括：