一种改善连续激光深熔焊熔池形貌仿真精度的数值建模方法技术

本发明专利技术公开了一种改善连续激光深熔焊熔池形貌仿真精度的数值建模方法，属于焊接过程数值模拟技术领域。该方法将连续激光深熔焊接过程处理为包含固、液、气三相的传热

【技术实现步骤摘要】
一种改善连续激光深熔焊熔池形貌仿真精度的数值建模方法


[0001]本专利技术提出的一种改善连续激光深熔焊熔池形貌仿真精度的数值建模方法，属于焊接过 程数值模拟
，适用于模拟高频脉冲激光深熔焊接过程传热与传质行为。

技术介绍

[0002]焊接是制造业最重要的工种之一，广泛应用于汽车、轨道车辆、航空航天、能 源、船舶、微电子等行业。与传统弧焊方法相比，激光深熔焊具有热影响区小、焊接速度 快、焊接质量好、加工灵活性好等优点。大量的研究表明，激光深熔焊接过程存在复杂的多 相流及多物理场耦合作用现象。深入研究激光深熔焊接的小孔特征和熔池动力学行为，准确 认识焊接过程中温度场、速度场的分布及演化规律，对于焊接工艺优化、焊接质量调控和生 产效率的提高具有重要的现实意义。
[0003]相较于常规的实验试错方法，数值模拟方法能够以深入熔池内部定量分析熔池传热、传 质和相变等行为，揭示焊接工艺参数对匙孔和熔池动力学行为的作用机理，减少实际实验的 反复性和盲目性，节约人力、物力成本。近年来，国内外不少学者开展了激光深熔焊接过程 的数值建模与仿真研究，考本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善连续激光深熔焊熔池形貌仿真精度的数值建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：连续激光深熔焊接过程处理为包含固、液、气三相的传热
‑
流动
‑
相变耦合问题，建立瞬态三维不可压缩多相流模型；步骤2：采用频率为5000Hz的高频脉冲激光，将激光束离散为一定数量的子光束，子光束携带的能量由其到聚焦中心的距离决定，满足高斯能量分布函数；步骤3：将高温羽辉对熔池表面的加热作用等效于熔池上方的一个面热源，其能量密度符合高斯分布；步骤4：采用光束追踪法计算激光束在匙孔内的多重反射，采用瑞利散射模型计算气相加热，采用菲涅尔吸收模型计算匙孔壁面加热；步骤5：采用THINC
‑
Level Set算法初始化并实时追踪气
‑
液相界面，精确计算界面法向量、曲率等拓扑信息；步骤6：基于ANSYS Fluent软件平台加载数学模型，定义材料参数和工艺参数，设定边界条件，初始化计算域的温度、压力、相分布，使用PISO算法进行迭代求解。2.根据权利要求1所述的一种改善连续激光深熔焊熔池形貌仿真精度的数值建模方法，其特征在于步骤1所述的模型需遵循质量守恒、动量守恒和能量守恒方程：动量守恒和能量守恒方程：动量守恒和能量守恒方程：式中，u、ρ、μ1、p、t、h、k和T分别代表速度场、密度、粘度、压力、时间、混合焓、热导率和温度。S
M
和S
E
分别为动量源项和能量源项。能量源项S
E
包含瑞利散射Q
Rs
、菲涅耳吸收Q
Fa
和面热源提供的能量Q
Surf
。S
E
＝Q
Rs
+Q
Fa
+Q
Surf
动量源项S
M
包括重力f
g
、达西阻力f
D
、热浮力f
b
和反冲压力f
r
。f
g
＝
‑
ρgf
b
＝ρgβ(T
‑
T0)式中，g、K0、α1、u0、β和T0分别为重力加速度、达西阻力系数、液相体积分数、初始速度场、热膨胀系数和环境温度，c为修正常数...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏艳红，陈小梅，陈纪城，常怡婷，孔斌，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：