【技术实现步骤摘要】
选区激光熔化成形结构残余变形的跨尺度控制方法及系统
[0001]本专利技术涉及激光选取熔化技术中的计算机辅助工程
，具体地涉及一种计算选区激光熔化成形大型金属结构变形的跨尺度有限元仿真方法，特别涉及一种选区激光熔化成形大型结构件残余变形的跨尺度控制方法及系统。
技术介绍
[0002]航空航天等高端装备领域对大型、精密、复杂金属构件的需求越来越迫切。选区激光熔化(SLM)技术是一种实现复杂三维零件近净成形的增材制造技术，其特征是利用高能激光束按一定扫描路径熔化单层金属粉末，并以逐层累加形式成形复杂金属构件。与传统制造技术相比，选区激光熔化技术具有生产周期短、材料利用率高的优点，正在成为解决航空航天制造领域关键技术难题的有效途径，具有广阔的应用前景。
[0003]公开号为CN109249024B的专利技术专利，公开了一种选区激光熔化增材制造快速制备金属复合材料成型件的方法，将少量金属或金属复合材料粉末置于成型基板上而非粉末储存室内；在不开零件成型室门的状态下外部操作选区激光熔化设备软件控制零件成型室内的粉末辊轮移动...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种选区激光熔化成形结构残余变形的跨尺度控制方法，其特征在于，包括：微观尺度步骤：建立微观尺度的单层单道扫描模型，选定粉末材料属性和高斯热源模型参数，并对单层单道扫描过程进行热仿真分析，计算简化等效热源作为介观尺度模型热源；介观尺度步骤：建立介观尺度的多层多道扫描模型，按扫描顺序依次对扫描道施加简化等效热源并进行热仿真分析，将得到的温度场作为输入载荷，依序激活扫描道开展热力耦合分析，从结果中提取中央区域的各向平均塑性应变，作为宏观尺度模型的材料固有应变；宏观尺度步骤：建立宏观尺度的结构件模型，对结构有限元模型单元沿成形方向逐层激活，加载各向平均塑性应变后，通过力学仿真得到零件最终变形，并通过变形补偿手段控制结构打印过程中因残余变形产生的几何偏差。2.根据权利要求1所述的选区激光熔化成形结构残余变形的跨尺度控制方法，其特征在于，所述微观尺度步骤中微观尺度单层单道扫描模型建立和计算方法包括：建立几何模型并划分网格；建立热源模型，输入材料属性，设置热边界条件；分时间步移动热源并进行温度场求解，得到温度时历曲线和分布曲线，计算等效热源T
e
(y，z，t)。3.根据权利要求2所述的选区激光熔化成形结构残余变形的跨尺度控制方法，其特征在于，所述介观尺度步骤中介观尺度多层多道扫描模型的建立和计算方法包括：建立几何模型并划分网格，输入材料属性，设置热边界条件，杀死所有粉床单元；激活当前粉层，按扫描顺序依次在扫描道上先施加简化等效热源T
e
(y， z，t)，再移除等效热源T
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(y，z，t)进行冷却，对该过程进行温度场求解，直至所有粉层计算完毕；将热模拟单元类型转换至结构模拟单元类型，施加位移边界条件，杀死所有粉床单元；通过生死单元法依序激活扫描道，读取对应的温度场，进行应力场求解，直至所有粉层的所有扫描道全部激活并计算完毕；计算粉床内部的平均塑性应变，作为宏观尺度模型材料的等效固有应变。4.根据权利要求2所述的选区激光熔化成形结构残余变形的跨尺度控制方法，其特征在于，所述宏观尺度步骤中宏观尺度结构件模型的建立和计算方法包括：建立几何模型并划分网格，将固有应变值换算成材料热膨胀系数加载在结构件模型上，再与基板连接位置施加固定边界条件；杀死所有单元后，沿成形方向依次激活单元并进行力学仿真分析；模拟零件从基板切除的线切割过程，输出零件最终变形。5.根据权利要求2所述的选区激光熔化成形结构残余变形的跨尺度控制方法，其特征在于，所述介观尺度多层多道模型的激光等效热源T
e
(y，z，t)的计算表达式为：T
e
(y，z，t)＝T(y)*k1(z)*k2(t)其中，T
e
(y，z，t)表示介观...
【专利技术属性】
技术研发人员：王浩伟，孙华，吴一，廉清，王洪泽，陈哲，汪明亮，
申请(专利权)人：上海交通大学安徽淮北陶铝新材料研究院，
类型：发明
国别省市：
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