[發明專利]一種預測TIG增材與軋制復合制造件殘余應力及變形的方法

有效

• 申請號: 202110256336.4
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN112883518B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 郭龍龍;張勇;劉峰;趙海超;魏文瀾;賀雨田
• 申請（專利權）人: 西安石油大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F111/04;G06F111/10;G06F113/10;G06F119/14
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 王晶

本發明提供了一種預測TIG增材與軋制復合制造件殘余應力及變形的方法，包括：利用Creo軟件建立三維幾何模型、利用Hypermesh軟件劃分網格、基于Abaqus軟件建立溫度場有限元模型及求解、基于Abaqus軟件建立靜力分析有限元模型及求解。本發明以Abaqus通用軟件為平臺，開發了TIG增材與軋制復合制造的殘余應力及變形的數值模擬建模方法，實現了TIG增材與軋制復合制造零件殘余應力及變形的預測，可為壓下量、軋制溫度等工藝參數的優選提供參考。

技術領域

本發明涉及電弧增材與軋制復合制造零件的殘余應力及變形預測技術領域，特別涉及一種預測TIG增材與軋制復合制造件殘余應力及變形的方法。

背景技術

TIG增材制造技術基于離散、堆積的思想，基于零件的三維模型數據，通過電弧熱熔化焊絲，進行逐點堆積、逐層熔覆以制造實體零件。與選區電子束熔化技術、電子束熔覆成形、激光熔覆成形技術等相比，TIG增材制造技術具有熔覆率高、成本低、適用于大尺寸零件的制造等優點。但是，TIG增材制造過程中在凝固、冷卻階段因急劇加熱、冷卻會形成較大的殘余應力，嚴重的甚至會造成零件變形開裂，而且熔覆層微觀組織梯度大，成形件的力學性能較差。這些不足在嚴重制約了TIG增材制造的推廣、應用。為此，國、內外學者提出了增材與軋制復合制造工藝，并通過試驗證明了此工藝的可行性。

目前，獲取TIG增材與軋制復合制造所得零件的殘余應力、變形的方法有實驗測量、數值模擬兩種方法。其中，實驗測量僅能獲得部分點的殘余應力，無法在不損壞零件的條件下獲得其內部的殘余應力，而且殘余應力的測量誤差較大；數值模擬則可以獲得表面、內部點的殘余應力、變形、塑性應變等詳細數據，進而為軋輥壓下量、軋制溫度等工藝參數的優選提供依據。然而，尚未有以Abaqus通用軟件為平臺，開展TIG增材與軋制復合制造316L不銹鋼零件的殘余應力及變形的數值模擬的研究報道。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種預測TIG增材與軋制復合制造件殘余應力及變形的方法，其能夠實現TIG增材與軋制復合制造316L不銹鋼零件的殘余應力和變形的預測，為相關機理的研究、工藝參數的制定提供參考。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種預測TIG增材與軋制復合制造件殘余應力及變形的方法，包括以下步驟；

步驟一：利用Creo軟件建立三維幾何模型；

(1)分別建立軋輥、基體、各熔覆層的三維幾何模型，每道熔覆層建立一個與之配合的軋輥，并將軋輥、基體、熔覆層組裝成裝配體；

(2)將裝配體輸出為.stp格式的文件，名稱為Assemble；

步驟二：利用Hypermesh軟件劃分網格；

(1)將.stp格式的文件導入到Hypermesh網格劃分軟件中，并對三維裝配體模型進行幾何清理，刪除、合并裝配體模型中多余的點、線、面；

(2)將各熔覆層劃分為六面體網格，沿熔覆層長度方向的網格尺寸為1秒鐘所沉積熔覆層長度的1/3，對每道熔覆層的單元創建對應的體網格集合，依次命名為：W₁、W₂、W₃、……，W_i，i為熔覆層的層數；

(3)以距熔覆層邊緣1.5倍的熔覆層寬度為界線，將基體沿長度、寬度方向切分為鄰近熔覆層區域、遠離熔覆層區域兩部分，在鄰近熔覆層區域網格布置相對細密，在遠離熔覆層區域網格布置稀疏，采用網格過渡的方式確保鄰近熔覆層區域、遠離熔覆層區域的節點連續，將基體網格置于網格集合substrate內；

(4)將各軋輥劃分為六面體網格，并將其依次置于網格集合Z₁、Z₂、Z₃、……，Z_i內，i為熔覆層的層數；