[發(fā)明專(zhuān)利]金屬增材制造熔池的數(shù)值模擬方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110313004.5
• 申請(qǐng)日: 2021-03-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112949225A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張慶宇;陳博洋;王曉南;沈鑫珺
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/28
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F113/10;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 蘇州見(jiàn)山知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32421
• 代理人: 袁麗花

本發(fā)明公開(kāi)了一種金屬增材制造熔池的數(shù)值模擬方法，其包括如下步驟：S1、將模擬區(qū)域劃分為多個(gè)正方形網(wǎng)格；S2、根據(jù)合金粉末的物性參數(shù)，計(jì)算并輸入格子玻爾茲曼模型中所需的物理參數(shù)；S3、構(gòu)建熔池形貌；S4、計(jì)算流場(chǎng)邊界條件；S5、計(jì)算馬蘭哥尼力；S6、計(jì)算熔池內(nèi)流場(chǎng)；S7、計(jì)算熔池內(nèi)濃度場(chǎng)：S8、判斷是否滿(mǎn)足結(jié)束條件；若不滿(mǎn)足，進(jìn)行步驟S4；若滿(mǎn)足，輸出結(jié)果。上述金屬增材制造熔池的數(shù)值模擬方法，能夠?qū)Σ煌瑴囟忍荻葪l件下熔池內(nèi)馬蘭哥尼對(duì)流進(jìn)行描述。還能夠模擬運(yùn)動(dòng)熱源溫度場(chǎng)作用下熔池內(nèi)馬蘭哥尼對(duì)流的演化，能夠?qū)\(yùn)動(dòng)熱源作用下熔池內(nèi)的濃度場(chǎng)演化進(jìn)行模擬。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬增材制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種金屬增材制造熔池的數(shù)值模擬方法。

背景技術(shù)

金屬增材制造是指，以金屬粉末為原料，結(jié)合激光加工、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等技術(shù)，通過(guò)逐層堆積的方式，經(jīng)過(guò)點(diǎn)-線(xiàn)-面-體的過(guò)程成型零件的技術(shù)。增材制造示意圖見(jiàn)圖1。

熔池是指，在熱源作用下原材料熔化形成的具有一定幾何形狀的液態(tài)金屬部分。數(shù)值模擬是指，將數(shù)學(xué)模型進(jìn)行離散化，由計(jì)算機(jī)對(duì)離散化的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果能夠模擬實(shí)際的物理過(guò)程。

對(duì)金屬增材制造熔池的數(shù)值模擬研究，可以對(duì)實(shí)驗(yàn)中難以獲得的物理信息進(jìn)行解釋和預(yù)測(cè)，具有良好的指導(dǎo)意義。

但是，目前現(xiàn)有技術(shù)中還沒(méi)有關(guān)于金屬增材制造熔池的數(shù)值模擬方法。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要提供一種金屬增材制造熔池的數(shù)值模擬方法。

一種金屬增材制造熔池的數(shù)值模擬方法，包括如下步驟：

S1、將模擬區(qū)域劃分為多個(gè)正方形網(wǎng)格；

S2、根據(jù)合金粉末的物性參數(shù)，計(jì)算并輸入格子玻爾茲曼模型中所需的物理參數(shù)；

S3、構(gòu)建熔池形貌；

S4、計(jì)算流場(chǎng)邊界條件；

S5、計(jì)算馬蘭哥尼力；

S6、計(jì)算熔池內(nèi)流場(chǎng)；

S7、計(jì)算熔池內(nèi)濃度場(chǎng)：

S8、判斷是否滿(mǎn)足結(jié)束條件；若不滿(mǎn)足，進(jìn)行步驟S4；若滿(mǎn)足，輸出結(jié)果。

上述金屬增材制造熔池的數(shù)值模擬方法，能夠?qū)Σ煌瑴囟忍荻葪l件下熔池內(nèi)馬蘭哥尼對(duì)流進(jìn)行描述。還能夠模擬運(yùn)動(dòng)熱源溫度場(chǎng)作用下熔池內(nèi)馬蘭哥尼對(duì)流的演化，也能夠?qū)\(yùn)動(dòng)熱源作用下熔池內(nèi)的濃度場(chǎng)演化進(jìn)行模擬。

可選地，所述流場(chǎng)邊界條件通過(guò)公式1以及公式2計(jì)算獲得：

可選地，所述馬蘭哥尼力通過(guò)公式6計(jì)算獲得：

可選地，所述流場(chǎng)通過(guò)單松弛格子玻爾茲曼模型獲得。

可選地，所述流場(chǎng)通過(guò)如下公式計(jì)算獲得：

可選地，所述濃度場(chǎng)通過(guò)單松弛格子玻爾茲曼模型獲得。

可選地，所述濃度場(chǎng)通過(guò)如下公式計(jì)算獲得：

附圖說(shuō)明

圖1為金屬增材制造的原理示意圖。

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的金屬增材制造熔池的數(shù)值模擬方法的流程圖。