【技术实现步骤摘要】
一种SLM成形过程温度场数值模拟方法
本专利技术属于增材制造计算机数值模拟
，具体涉及一种SLM成形过程温度场数值模拟方法。
技术介绍
SLM成形过程受工艺参数影响，成形件容易发生卷曲、球化、热变形和热裂纹等缺陷。SLM成形产品结构与材料需求多变，现有研究主要通过大量反复实验确定工艺参数，普适性较差。目前技术人员要求高、准备时间长以及制造失败率高的现状，使得SLM技术难以大范围普及应用。通过计算机数值模拟获取SLM成形过程的温度场，特别是熔池温度，成为指导SLM成形的重要手段。在成形过程中能否保持稳定且尺寸适中的熔池，是成形件质量是否过关的重要因素。此外，温度场数值模拟所得温度数据还为模拟应力提供了数据基础。SLM成形过程热源激光速度较快，温度梯度大。为准确模拟成形过程的温度变化，现有温度场数值模拟方法在模拟过程中常采用小尺寸的离散单元(边长0.1mm左右)，则尺寸仅为10mm*10mm*10mm的样件离散就将会得到106个离散单元。现有温度场数值模拟方法要求较高的计算机配置，模拟小尺寸样件(如10mm...
【技术保护点】
1.一种SLM成形过程温度场数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，建立仿真模型：在三维建模软件中建立基板和样件的三维模型，对样件和基板分别赋予材料属性；/n步骤2，离散有限差分单元：将步骤1得到的基板和样件的三维模型按照设定的尺寸离散得到若干正六面体有限差分单元E
【技术特征摘要】
1.一种SLM成形过程温度场数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，建立仿真模型：在三维建模软件中建立基板和样件的三维模型，对样件和基板分别赋予材料属性；
步骤2，离散有限差分单元：将步骤1得到的基板和样件的三维模型按照设定的尺寸离散得到若干正六面体有限差分单元EL单元，将设定区域内的EL单元细化分割得到比EL单元尺寸小的EM单元，将部分EM单元细化分割得到比EM单元尺寸小的Es单元；EL单元、EM单元和Es单元组成嵌套单元；
步骤3，建立传热计算模型，确定最大允许计算时间步长Δtj：建立同类型单元之间的换热方程，根据步骤2确定的EL单元、EM单元及EM单元的尺寸，结合基板材料属性、样件材料属性以及粉末的热物性参数计算同类型单元之间传热的最大允许计算时间步长Δtj，以保证传热计算收敛；
步骤4，确定传热策略：根据激光的扫描速度确定激光在步骤2所得Es单元之间的移动时间，并根据其与步骤3得到的各单元之间的最大允许计算时间步长的大小关系，确定传热计算策略，并对步骤3确定的最大允许计算时间步长Δtj进行修正；
步骤5，计算温度场：按照步骤4确定的传热计算策略开始模拟SLM成形过程，即可得到SLM成形过程温度场的数值模拟结果，计算结果包含整个成形过程中各类型单元的温度变化历程。
2.根据权利要求1所述的一种SLM成形过程温度场数值模拟方法，其特征在于，在所述步骤2中，将基板的三维模型和样件的三维模型按照长为ΔX，宽为ΔY，高为ΔZ的正六面体EL单元离散，EL单元各方向尺寸为热源激光光斑直径的2-10倍；定义EM单元是长为ΔX，宽为ΔY，高为Δz的正六面体单元；定义Es单元是长为Δx，宽为Δy，高为Δz的正六面体单元，Δx与Δy大小与热源激光光斑直径相同；定义N是正六面体EL单元与正六面体Es单元的尺寸比，即N为正整数。
3.根据权利要求2所述的一种SLM成形过程温度场数值模拟方法，其特征在于，所述步骤2中，设定区域为：所有Z方向坐标等于激光所在EL单元坐标Zc以及等于Zc-1的EL单元；将连同激光所处EL单元在内的4×2×2个EL单元1所包含的EM单元再次细化分割为若干Es单元。
4.根据权利要求1所述的一种SLM成形过程温度场数值模拟方法，其特征在于，所述步骤2中，被划分为Es单元的区域跟随激光移动而改变。
5.根据权利要求1所述的一种SLM成形过程温度场数值模拟方法，其特征在于，所述步骤2中，Es单元的高度Δz尺寸与实际打印铺粉层的厚相同。
6.根据权利要求1所述的一种SLM成形过程温度场数值模拟方法，其特征在于，所述步骤3中，SLM成形过程中的空间内任一单元位置用其几何中心的点坐标表示，其与周围单元的有限差分换热公式表示为：
上式中分别是i、i+1时刻坐标为(x,y,z)的单元的温度，是i时刻坐标为(x+1,y,z)的单元的温度，是i时刻坐标为(x-1,y,z)的单元的温度，是i时刻坐标为(x,y+1,z)的单元的温度，是i时刻坐标为(x,y-1,z)的单元的温度，是i时刻坐标为(x,y,z+1)的单元的温度，是i时刻坐标为...
【专利技术属性】
技术研发人员：张航，朱硕，赵懿臻，李涤尘，耿佳乐，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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