【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及增材制造双相不锈钢的数值模拟，具体涉及一种基于ansysworkbench的等离子弧增材制造双相不锈钢成形模拟方法。
技术介绍
1、等离子弧增材制造(waam)是一种动态变化的过程，其中会遇到快速加热和冷却的情况。在制造过程中，局部热输入必定会导致温度场的不均匀性。这种局部热效应直接反映在熔池凝固和随后的冷却过程中，容易形成残余应力。作为内应力的残余应力，会直接影响构件的静载荷强度、疲劳强度、抗应力腐蚀性能以及尺寸的稳定性。在严重情况下，这种应力还可能直接引发裂纹缺陷。
2、随着计算机技术的快速发展，计算机仿真模拟在等离子弧增材制造领域越来越受关注。通过计算机仿真，可以直观地观察到等离子弧增材制造过程中温度和应力的分布变化，例如加工过程中的温度分布、熔池尺寸以及热应力分布等。这些参数对于研究材料微观组织变化、内部缺陷形成等方面具有重要的参考作用。借助计算机仿真，可以模拟出等离子弧增材制造过程中的各个阶段，从预热到熔化、熔池流动以及凝固冷却过程。通过对温度和应力的分布进行分析，可以深入了解原材料在不同温度下的相变行为以及材料在冷却过程中产生的应力，为优化材料性能和提高产品可靠性提供参考。
技术实现思路
1、为了解决以上问题，本专利技术提供一种基于ansys workbench的等离子弧增材制造双相不锈钢成形模拟方法采用ansys workbench有限元模拟方法对等离子弧增材制造具有一定尺寸的双相不锈钢薄壁零体过程中的温度场和应力场计算，探究其温度场和应力场
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案：一种基于ansys workbench的等离子弧增材制造双相不锈钢成形模拟方法，其特征在于:采用ansys workbench 2021有限元模拟方法对等离子弧增材制造具有一定尺寸的双相不锈钢薄壁零体过程中的温度场和应力场计算，探究其温度场和应力场的变化规律，具体包括以下步骤:
3、步骤1：采用solidworks或ug三维绘图软件建立具有一定尺寸的薄壁零件模型，导入ansys workbench 2021有限元模拟软件中作为有限元模型；
4、步骤2：定义不同的材料属性，分别赋予基板和焊丝的材料属性；
5、步骤3：对薄壁零件模型进行网格划分；
6、步骤4：添加生死单元，采用生死单元技术杀死所有沉积层；
7、步骤5：加载初始条件与边界条件；
8、步骤6：加载热源，逐步激活第一层的单元；所述热源采用的双椭球热源模型；
9、步骤7：计算热传导矩阵、比热容矩阵、求解节点温度，直至前一层沉积模拟完毕。若前一层的沉积模拟过程中出现问题导致失败，则重新加载边界条件与热源，再对热传导矩阵、比热容矩阵、求解节点温度进行计算；
10、步骤8：前一层沉积模拟完毕后，删除上一层载荷与边界条件，激活下一层单元；
11、步骤9：开始下一层的沉积，后续流程与步骤5至步骤8相同，直至所有层沉积模拟完毕，计算结束得到waam双相不锈钢沉积过程中的温度场变化；
12、步骤10：热过程计算结束后，开始加载瞬态机械计算模块；
13、步骤11：设定边界和初始条件，逐步加载热载荷；
14、步骤12：逐步加载热载荷，进行应力应变计算；
15、步骤13：在整体载荷步计算未结束前，继续读取并施加下一步热载荷，进行应力应变计算，直至所有载荷计算结束得到应力场变化。
16、通过上述步骤，能够逐步模拟等离子弧增材制造过程中的沉积层，并考虑到热传导和温度分布等因素，以获得更准确的仿真结果。同时通过这一系列步骤，我们可以在模拟中考虑热效应对物体的影响，并最终得到物体在受热后的应力和变形情况，这样可以帮助工程师评估和优化制造工艺，提高双相不锈钢薄壁零件的成形质量和性能。
17、本专利技术还进一步设置为，所述步骤1中导入ansys workbench 2021的薄壁零件模型以六面体单元堆积，后续进行网格划分，基板和薄壁件为一个整体。
18、通过上述设置，将基板和薄壁零件作为一个整体可以更精确地模拟薄壁零件的制造过程和工作性能，为优化工艺参数、提高薄壁零件的成形质量和性能提供重要的指导和决策依据。
19、本专利技术还进一步设置为，所述步骤3中划分网格使用的是笛卡尔网格，且基板网格密度小于薄壁件网格密度。
20、通过基板与薄壁件网格密度的不同设置，可以同时提高计算精度和计算效率，更准确地描述接触区域的力学行为，并更好地理解和优化薄壁件的性能和稳定性。
21、本专利技术还进一步设置为，所述步骤4中一个网格是一个生死单元，并逐一选中每层，为选中的几何实体创建命名选择，用于后续的热源加载。
22、本专利技术还进一步设置为，所述步骤6中的热源采用的是典型的双椭球热源模型，其中前半部分的热流密度qf由方程(1)来描述，后半部分的热流密度qr由方程(2)来描述：
23、
24、
25、q＝ηiu (3)
26、式中，能量分配系数ff+fr＝2，af是热源前半球长度，ar是后半球长度；b为热源半宽；c为热源深度；q是等离子弧输入进熔池的有效能量，i是焊接电流，u为焊接电压；η是热源效率系数，假设其数值为0.85。
27、本专利技术还进一步设置为，所述步骤7计算温度变化可用函数定义为：
28、
29、tγ＝tγ(x，y，z，t) (5)
30、
31、
32、
33、式中，ρ为材料密度(kg/m3)；c为比热容(j/(kg·℃))；分别为材料沿扫描方向、垂直于扫描方向和沉积高度方向的导热系数(w/(m·k))，n为材料内的热流密度(w/m3)。tγ是整体计算域内随位置和时间变动而改变的温度函数(℃)，t是等离子束开始扫描后经过的时间(s)，nx、ny、nz分别为所设边界法线方向上的余弦值，q为从外部单位面积上输入系统的热源(w/m2)，σ为波尔茨曼常数，ε为辐射的黑体系数，ts为所设边界上的温度(℃)，tout为环境温度(℃)，tp为体周围介质的温度，h为对流换热系数(w/(m2·k))。初始条件为整个计算域的初始温度，即环境温度，为定值。
34、本专利技术还进一步设置为，所述步骤12计算对应节点的应力值和应力变化时，需要结合该节点的温度数据和热物性参数。其中，涉及的关系式和方程如下：
35、{df}e+{dr}e＝[k]e{dδ}e (9)
36、{dε}e＝[b]{dδ}e (10)
37、{dσ}＝[d]{dε}-{c}dt (11)
38、式中，{df}e为节点本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于Ansys Workbench的等离子弧增材制造双相不锈钢成形模拟方法，其特征在于：采用Ansys Workbench 2021有限元模拟方法对等离子弧增材制造具有一定尺寸的双相不锈钢薄壁零体过程中的温度场和应力场计算，探究其温度场和应力场的变化规律，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于Ansys Workbench的等离子弧增材制造双相不锈钢成形模拟方法，其特征在于，所述步骤1中导入Ansys Workbench2021的薄壁零件模型以六面体单元堆积，后续进行网格划分，基板和薄壁件为一个整体。
3.根据权利要求1所述的一种基于Ansys Workbench的等离子弧增材制造双相不锈钢成形数值模拟方法，其特征在于，所述步骤3中划分网格使用的是笛卡尔网格，且基板网格密度小于薄壁件网格密度。
4.根据权利要求1所述的一种基于Ansys Workbench的等离子弧增材制造双相不锈钢成形数值模拟方法，其特征在于，所述步骤4中一个网格是一个生死单元，并逐一选中每层，为选中的几何实体创建命名选择，用于后续的热源加载。
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1.一种基于ansys workbench的等离子弧增材制造双相不锈钢成形模拟方法，其特征在于：采用ansys workbench 2021有限元模拟方法对等离子弧增材制造具有一定尺寸的双相不锈钢薄壁零体过程中的温度场和应力场计算，探究其温度场和应力场的变化规律，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于ansys workbench的等离子弧增材制造双相不锈钢成形模拟方法，其特征在于，所述步骤1中导入ansys workbench2021的薄壁零件模型以六面体单元堆积，后续进行网格划分，基板和薄壁件为一个整体。
3.根据权利要求1所述的一种基于ansys workbench的等离子弧增材制造双相不锈钢成形数值模拟方法，其特征在于，所述步骤3中划分网格使用的是笛卡尔网格，且基板网格密度小于薄壁件网格密度。
4.根据权利要求1所述的一种基于ansys workbench的等离子弧增材...
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