[發(fā)明專利]基于多物理場仿真的電弧熔絲增材制造工藝參數(shù)確定方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202011228488.5 | 申請日： | 2020-11-06 |
| 公開（公告）號： | CN112287489B | 公開（公告）日： | 2022-10-21 |
| 發(fā)明（設計）人： | 李巖;陳巖;蘇辰 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國石油大學(北京) |
| 主分類號： | G06F30/17 | 分類號： | G06F30/17;G06F30/23;G06F30/25;G16C10/00;G16C60/00;G06F111/10;G06F113/10;G06F113/22;G06F119/08;G06F119/14 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 基于 物理 仿真 電弧 熔絲增材 制造 工藝 參數(shù) 確定 方法 | ||
1.一種基于多物理場仿真的電弧熔絲增材制造工藝參數(shù)確定方法，其特征在于，包括：
獲取電弧熔絲增材制造的預設工藝參數(shù)以及目標成形件的結(jié)構(gòu)信息；
基于分子動力學理論確定金屬材料的物性參數(shù)；
根據(jù)所述物性參數(shù)和所述預設工藝參數(shù)，基于多物理場耦合仿真確定電弧與焊絲傳熱過程中的熱流和壓力分布模式；
基于所述物性參數(shù)以及所述熱流和壓力分布模式，計算焊絲熔化形成的熔滴的初始信息，其中，所述熔滴的初始信息包括熔滴的溫度場和流動特性；
依據(jù)所述物性參數(shù)、所述預設工藝參數(shù)和所述熔滴的初始信息進行多物理場耦合仿真計算，確定熔滴下落后凝固形成的成形件的結(jié)構(gòu)信息；
將所述成形件的結(jié)構(gòu)信息與所述目標成形件的結(jié)構(gòu)信息進行對比，并根據(jù)對比結(jié)果調(diào)整所述預設工藝參數(shù)，得到目標工藝參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，基于分子動力學理論確定金屬材料的物性參數(shù)，包括：
基于分子動力學理論研究金屬材料的熔化和凝固過程，研究微觀尺度下的傳熱機理和微觀組織結(jié)構(gòu)演變規(guī)律；
分析多種勢函數(shù)中各勢函數(shù)對金屬材料的相變傳熱特性的影響；
建立物性參數(shù)的溫度函數(shù)關(guān)系式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述金屬材料的物性參數(shù)和所述預設工藝參數(shù)，基于多物理場耦合仿真確定電弧與焊絲傳熱過程中的熱流和壓力分布模式，包括：
根據(jù)所述金屬材料的物性參數(shù)和所述預設工藝參數(shù)建立電弧熔絲增材制造三維幾何模型，并對所述三維幾何模型進行有限元網(wǎng)格劃分；
對劃分后的三維幾何模型進行多物理場耦合仿真計算，模擬電弧熔絲增材制造過程中電弧與焊絲的傳熱過程，獲得電弧與焊絲傳熱過程中的熱流和壓力分布模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，對劃分后的三維幾何模型進行多物理場耦合仿真計算，包括：
根據(jù)電荷守恒方程和歐姆定律計算電場分布和電流密度，根據(jù)麥克斯韋方程組和畢奧-薩伐爾定律計算磁感應強度分布，進而獲得電磁力分布規(guī)律；
根據(jù)質(zhì)量守恒方程和納維-斯托克斯方程計算電弧的流場，獲得電弧速度分布和壓力分布，其中，在計算電弧的流場時，考慮電磁力的作用；
根據(jù)能量守恒方程計算電弧和焊絲的溫度場，建立電弧-焊絲傳熱模型，確定電弧與焊絲間的熱流密度，在計算電弧和焊絲的溫度場時，考慮焦耳熱、輻射散熱、對流換熱以及電弧與焊絲的導熱作用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述物性參數(shù)以及所述熱流和壓力分布模式，計算焊絲熔化形成的熔滴的初始信息，包括：
利用格子-玻爾茲曼方法基于所述物性參數(shù)以及所述熱流和壓力分布模式建立焊絲傳熱模型；
對所述焊絲傳熱模型進行計算，確定焊絲熔化形成的熔滴的初始信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，對所述焊絲傳熱模型進行計算，確定焊絲熔化形成的熔滴的初始信息，包括：
使用單松弛雙分布的LBE模型計算粒子運動，采用D3Q15模型確定離散速度；
計算焊絲區(qū)域的溫度場和速度場演變，確定焊絲熔化形成的熔滴的流動特性；
將焊絲熔化形成的熔滴的溫度場和流動特性確定為所述焊絲熔化形成的熔滴的初始信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，依據(jù)所述物性參數(shù)、所述預設工藝參數(shù)和所述熔滴的初始信息進行多物理場耦合仿真計算，包括：
根據(jù)納維-斯托克斯方程分析熔滴在控制區(qū)域的運動規(guī)律，確定熔滴的流場；
根據(jù)傳熱方程計算熔滴在溫度演變過程中的溫度場，其中，溫度演變過程包括下落過程與空氣對流換熱、接觸基板后與基板導熱的過程以及繼續(xù)在空氣中冷卻凝固的過程；
利用流體體積函數(shù)法和水平集法計算熔滴在熔滴下落變形過程中以及與基板碰撞后變形過程中的變形規(guī)律，得到熔滴下落后凝固形成的成形件的結(jié)構(gòu)信息；
基于動力學控制方程，分析成形后凝固層內(nèi)溫度不同導致的熱應力情況，確定熱應力演變規(guī)律。
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