[發明專利]一種直接金屬沉積增材模擬方法與系統

有效

• 申請號: 202011189419.8
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112199881B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 黎波;焦立新;樊江;廖祜明
• 申請（專利權）人: 云翼超算（北京）軟件科技有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/10;G06F113/10;G06F119/08
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 張夢澤

1.一種直接金屬沉積增材模擬方法，其特征在于，包括：

獲取熔覆材料的微米級粉末顆粒束的歷史尺寸分布規律和基材的局部區域幾何模型，并根據所述微米級粉末顆粒束的歷史尺寸分布規律和所述基材的局部區域幾何模型，利用概率分布隨機數生成算法和有限元分網方法得到熔覆材料的粉末顆粒無網格模型和基材無網格模型；

根據所述粉末顆粒無網格模型和所述基材無網格模型，利用高斯熱源模型建立所述粉末顆粒無網格模型的粉末束的能量輸入模型和基材的能量輸入模型；

根據所述粉末顆粒無網格模型和所述基材無網格模型，利用黑體輻射理論和對流換熱公式，分別在所述粉末顆粒無網格模型上建立粉末束的熱量輸出模型，在所述基材無網格模型上建立基材的熱量輸出模型；

根據所述基材的局部溫度，利用熱粘彈塑性模型、牛頓流體模型和理想氣體狀態方程建立固-液-氣相敏全域材料模型；所述固-液-氣相敏全域材料模型包括固相本構模型、液相本構模型和氣相本構模型；

根據所述粉末顆粒無網格模型和所述基材無網格模型，利用相變函數建立相變潛熱模型；

根據所述粉末束的能量輸入模型、所述基材的能量輸入模型、所述粉末束的熱量輸出模型、所述基材的熱量輸出模型、所述固-液-氣相敏全域材料模型和所述相變潛熱模型，利用熱力強耦合最優運輸無網格方法，對直接金屬沉積增材過程進行模擬；

所述根據所述粉末顆粒無網格模型和所述基材無網格模型，利用黑體輻射理論和對流換熱公式，分別在所述粉末顆粒無網格模型上建立粉末束的熱量輸出模型，在所述基材無網格模型上建立基材的熱量輸出模型，具體包括：

所述粉末束的熱量輸出模型為：

所述基材的熱量輸出模型為：

式中，R₁表示粉末束的輻射散熱量；σ表示斯特藩-玻爾茲曼常數；ε表示輻射率；T₁(x_1a)表示所述粉末顆粒無網格模型上具有輻射散熱邊界條件的節點的溫度；T₀表示環境溫度；q₁表示所述粉末顆粒無網格模型的節點的對流熱通量；C表示對流換熱系數；T₁(x′_1a)表示粉末顆粒無網格模型上具有對流換熱邊界條件的節點的溫度；R₂表示基材的輻射散熱量；T₂(x_2a)表示所述基材無網格模型上具有輻射散熱邊界條件的節點的溫度；q₂表示所述基材無網格模型的節點的對流熱通量；T₂(x′_2a)表示基材無網格模型上具有對流換熱邊界條件的節點的溫度；

所述根據所述基材的局部溫度，利用熱粘彈塑性模型、牛頓流體模型和理想氣體狀態方程建立固-液-氣相敏全域材料模型；所述固-液-氣相敏全域材料模型包括固相本構模型、液相本構模型和氣相本構模型，具體包括：

當所述局部溫度小于所述基材的熔化溫度時，利用熱粘彈塑性模型建立固相本構模型；

當所述局部溫度大于或等于所述熔化溫度，且小于或等于所述基材的氣化溫度時，利用牛頓流體模型和Tait狀態方程建立液相本構模型；

當所述局部溫度大于所述氣化溫度時，利用理想氣體狀態方程建立氣相本構模型；

所述相變潛熱模型，具體包括：

κ＝κ_phase1(1-α(T))+κ_phase2α(T)；

式中，C(T)表示比熱容；C_phase1表示基材在相態1的相關系數；α(T)表示熱膨脹系數；C_phase2表示基材在相態2的相關系數；ρ₀表示基材的初始密度；L表示相變轉化的潛熱值；T表示基材的局部溫度；κ表示導熱系數；κ_phase1表示基材在相態1的相關系數，κ_phase2表示基材在相態2的相關系數；T_m1表示相變轉化溫度；σ₁表示過渡區間標準差；π表示圓周率。