用于激光超声仿真分析的增材制造零件粗糙表面建模方法技术

本发明专利技术提供一种用于激光超声仿真分析的增材制造零件粗糙表面建模方法，具体步骤如下：S1获取二维随机序列{η(I,J)}，其中m，n为二维随机序列的长度；S2根据拟生成三维随机粗糙表面的自相关函数R

【技术实现步骤摘要】
用于激光超声仿真分析的增材制造零件粗糙表面建模方法


[0001]本专利技术涉及表面工程
或者粗糙表面建模技术，特别涉及一种用于激光超声仿真分析的增材制造零件粗糙表面建模方法。

技术介绍

[0002]增材制造技术是将零件或物体的三维数字模型分层切片，离散成若干个二维平面图形，利用熔融沉积、烧结或光固化等方法将金属粉末、陶瓷粉末、光敏树脂、尼龙等材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出零件实体的技术。与传统减材制造相比其在生产系统方面有诸多改进，可以加工复杂形状零件，提高材料利用率，缩短制造周期，可实现定制化生产，受到了工业界和学术界的广泛关注。伴随着增材制造技术的成熟发展，世界科技强国和新兴国家都将增材制造技术作为未来产业发展新的增长点加以培养和支持，以抢占未来科技产业的制高点。金属增材制造技术作为整个增材制造体系中最前沿和最有潜力的方向，是该技术的重要发展方向之一，成型的零件已逐渐应用于生物医疗、航空航天、模具开发等领域。
[0003]选择性激光熔融技术利用高能激光束作为热源，采用铺粉的工艺技术将直径为30
‑
50μm 的金属粉末均匀铺设于密封的工作腔内，计算机根据模型切片控制激光束扫描路径，有选择地融化金属粉末，完成一层粉末熔融后工作平台下降一个层厚，铺粉系统铺设新的粉末层后激光束继续有选择地融化扫描路径上的金属粉末，完成新层加工，循环往复，直至零件制备结束。由于成型原料是金属粉末，因此该技术成型的零件表面是凹凸不平的，具有一定的粗糙度。在对原始零件的成型质量开展后续检测时，必须考虑粗糙度对检测结果的影响。尤其是采用激光超声检测技术对增材制造试件开展无损检测时，材料表面粗糙程度对检测结果影响较大。这是因为激光超声技术是利用脉冲激光辐照在工件表面激励出超声波，并采用双波混合干涉仪以非接触的方式通过接收激光获取超声波。工件表面的粗糙程度对激光的吸收和反射均有较大程度的影响，因此，分析工件表面的粗糙程度对检测结果的影响是非常有必要的。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种用于激光超声仿真分析的增材制造零件粗糙表面建模方法，用于模拟金属增材制造零件表面的粗糙状况。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种用于激光超声仿真分析的增材制造零件粗糙表面建模方法，具体步骤如下：
[0006]S1获取二维随机序列{η(I,J)}，其中m，n为二维随机序列的长度；
[0007]S2根据拟生成三维随机粗糙表面的自相关函数R
zz
(k,l)获取滤波器系数h(k,l)，建立滤波器；
[0008]S3将步骤S1中二维随机序列{η(I,J)}输入滤波器中进行滤波运算，得到粗糙表面的高度分布{z(I,J)}，进而生成三维随机粗糙表面；
[0009]S4对三维随机粗糙表面进行激光超声仿真分析。
[0010]进一步的，步骤S1中，组成二维随机序列{η(I,J)}的是独立的高斯分布随机数。
[0011]进一步的，步骤S2中，滤波器的滤波器系数h(k,l)获取方法为：
[0012]S2.1确定拟生成三维随机粗糙表面的自相关函数R
zz
(k,l)；
[0013]S2.2对自相关函数R
zz
(k,l)进行傅里叶变换得到功率谱密度S
zz
(ω
x
,ω
y
)；
[0014]S2.3依据功率谱密度S
zz
(ω
x
,ω
y
)得到频率响应函数H(ω
x
,ω
y
)，频率响应函数H(ω
x
,ω
y
)经傅里叶变换得到获取滤波器系数h(k,l)。
[0015]进一步的，步骤S2.1中，根据假设的表达式或工程表面的测量结果确定拟生成三维随机粗糙表面的自相关函数R
zz
(k,l)，公式如下：
[0016]R
zz
(k,l)＝σ2exp{
‑
1.8[(k/β
x
)2+(l/β
y
)2]1/2
}
[0017]其中，σ为表面粗糙度的均方根值，β
x
和β
y
是x和y方向上的相关长度。
[0018]进一步的，步骤S2.2中，功率谱密度S
zz
(ω
x
,ω
y
)的公式如下：
[0019]S
zz
(ω
x
,ω
y
)＝|H(ω
x
,ω
y
)|2S
ηη
(ω
x
,ω
y
)
[0020]式中，H(ω
x
,ω
y
)为频率响应函数，；
[0021]其中S
ηη
(ω
x
,ω
y
)表示高斯分布二维速随机序列{η(I,J)}的功率谱密度，因此S
ηη
(ω
x
,ω
y
)为常数，
[0022]即：
[0023]S
ηη
(ω
x
,ω
y
)＝C。
[0024]进一步的，步骤S2.3中，频率响应函数H(ω
x
,ω
y
)为：
[0025]H(ω
x
,ω
y
)＝(S
zz
(ω
x
,ω
y
)/C)
1/2
[0026]对H(ω
x
,ω
y
)进行傅里叶逆变换得到滤波器系数h(k,l)：
[0027][0028]其中k＝
‑
n/2+1，...，
‑
1,0,1，...,n/2
‑
1，l＝
‑
m/2+1，...，
‑
1,0,1，...,m/2
‑
1。
[0029]进一步的，步骤S3中，所述粗糙表面上的高度分布{z(I,J)}为：
[0030]式中
[0031]进一步的，步骤S4中，在三维随机粗糙表面中沿y方向随机提取x方向上的截面轮廓线，根据截面轮廓线构建二维随机粗糙表面，对二维随机粗糙表面进行激光超声仿真分析。
[0032]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0033]本专利技术提出了一种用于激光超声仿真分析的增材制造零件粗糙表面建模方法，基于二维数字滤波技术，设计具有特定形式的滤波器对具有高斯分布的二维随机序列进行滤波运算，最终生成具有特定形式自相关函数的随机粗糙表面。该方法模拟了增材制造零件表面的粗糙状况，通过与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于激光超声仿真分析的增材制造零件粗糙表面建模方法，其特征在于，具体步骤如下：S1获取二维随机序列{η(I,J)}，其中m，n为二维随机序列的长度；S2根据拟生成三维随机粗糙表面的自相关函数R
zz
(k,l)获取滤波器系数h(k,l)，建立滤波器；S3将步骤S1中二维随机序列{η(I,J)}输入滤波器中进行滤波运算，得到粗糙表面的高度分布{z(I,J)}，进而生成三维随机粗糙表面；S4对三维随机粗糙表面进行激光超声仿真分析。2.根据权利要求1所述的一种用于激光超声仿真分析的增材制造零件粗糙表面建模方法，其特征在于，步骤S1中，组成二维随机序列{η(I,J)}的是独立的高斯分布随机数。3.根据权利要求1所述的一种用于激光超声仿真分析的增材制造零件粗糙表面建模方法，其特征在于，步骤S2中，滤波器的滤波器系数h(k,l)获取方法为：S2.1确定拟生成三维随机粗糙表面的自相关函数R
zz
(k,l)；S2.2对自相关函数R
zz
(k,l)进行傅里叶变换得到功率谱密度S
zz
(ω
x
,ω
y
)；S2.3依据功率谱密度S
zz
(ω
x
,ω
y
)得到频率响应函数H(ω
x
,ω
y
)，频率响应函数H(ω
x
,ω
y
)经傅里叶变换得到获取滤波器系数h(k,l)。4.根据权利要求3所述的一种用于激光超声仿真分析的增材制造零件粗糙表面建模方法，其特征在于，步骤S2.1中，根据假设的表达式或工程表面的测量结果确定拟生成三维随机粗糙表面的自相关函数R
zz
(k,l)，公式如下：R
zz
(k,l)＝σ2exp{
‑
1.8[(k/β
x
)2+(l/β
y
)2]
1/2
}其中，σ为表面粗糙度的均方根值，β
x
和β
y
是x和y方向上的相关长度。5.根据权利要求3所述的一种用于激光超声仿真分析的增材制造零件粗糙表面建模方法，其特征在于，步骤S2.2中，功率谱密度S
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兵，张振龙，陈磊，秦峰，黄钰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：