[發明專利]一種基于ANSYS的電子束增材制造多道掃描仿真方法

在審

• 申請號: 202110479593.4
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113191052A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 楊鑫;王風輝;孫晨皞;賴楊凱;王犇;張兆洋;王婉琳;馬文君
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F111/10;G06F113/10;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 徐瑤

1.一種基于ANSYS的電子束增材制造多道掃描仿真方法，其特征在于，具體按以下步驟實施：

步驟1，建立仿真模型，通過三維建模軟件建立模擬所需的三維模型，模型包括基底層和粉末層；

步驟2，新建增材制造數值模擬任務，在WORKBENCH中有增材制造過程的熱-力耦合模塊創建新的模擬任務；

步驟3，添加材料，在WORKBENCH中添加電子束增材制造模擬所需要的材料，包括基底材料和粉末層材料；

步驟4，導入模型，在熱分析的流程圖中，打開模型選項，導入步驟1建立好的三維模型；

步驟5，基于步驟3添加的材料，分別賦予粉末層和基底層相應的材料；

步驟6，劃分網格；

步驟7，添加傳熱，設置粉末與基底之間的對流傳熱；

步驟8，添加生死單元，采用生死單元技術實現固體粉末-流體-固體的轉換，添加生死單元并賦予給每個單元體，并設置單元的生死；

步驟9，設置步數，根據生死單元尺寸和掃描速度設置電子束掃過每一個生死單元的時間，每一個生死單元相當于一個步數；

步驟10，添加熱源，基于有限元軟件模擬電子束增材制造過程，其熱源類型選擇為高斯熱源；

步驟11，計算求解，選擇溫度進行求解。

2.根據權利要求1所述的一種基于ANSYS的電子束增材制造多道掃描仿真方法，其特征在于，所述步驟1中創建的粉末層以六面體單元堆積，后續進行網格劃分，且為了保證網格劃分連續，基底層和粉末層為一個整體。

3.根據權利要求1所述的一種基于ANSYS的電子束增材制造多道掃描仿真方法，其特征在于，所述步驟6中劃分的網格使用帶有體素化選項的笛卡爾網格，且基底層網格比粉末層網格大。

4.根據權利要求1所述的一種基于ANSYS的電子束增材制造多道掃描仿真方法，其特征在于，所述步驟10中高斯熱源分為：高斯面熱源、高斯體熱源，該模擬為單層多道，因此采用高斯面熱源：

式中，Q為熱流密度，A為電子束利用率，P為電子束功率，R為電子束光斑半徑，t為時間。

5.根據權利要求1所述的一種基于ANSYS的電子束增材制造多道掃描仿真方法，其特征在于，所述步驟10中熱源的移動方式為往返式移動，由于該掃描過程是多道次往返式循環掃描，因此移動熱源的加載不可用單一函數，應以分段函數來定義，其中變量為掃描時間，因此函數可定義為：

式中，Q為熱流密度，A為電子束利用率，P為電子束功率，R為電子束光斑半徑，t為時間；

在ANSYS經典版中，采用函數編輯器添加多個函數，保存之后讀取并導出命令流，將其添加道ANSYS-WORKBENCH中，熱源施加完畢。