激光增材制造工艺过程的有限元模拟
激光制造中光束熔化过程的数值模拟
激光制造中光束熔化过程的数值模拟激光制造中的光束熔化过程是现代制造业中一项重要的技术，它能够将高密度的能量精确定向到材料表面，使其在瞬间熔化并凝固成为所需要的形态。
在激光制造工艺中，光束熔化过程的数值模拟是至关重要的，它可以对加工过程中的温度、速度、形态等参数进行预测和分析，从而帮助制造工程师优化加工参数，提高制造效率和品质。
一、激光制造中的光束熔化过程激光制造是一种高精度、高效率的制造技术，它使用激光束将能量定向到材料表面，使其熔化或蒸发，并以特定的形态凝固成为所需的工件。
光束熔化是激光制造中最常用的加工方法之一，它通过光束对工件表面进行扫描，使材料表面经过高密度的能量瞬间熔化，形成液态态的金属或塑料，随后再利用冷却过程使其凝固形成所需要的形态。
二、光束熔化过程的数值模拟光束熔化过程的数值模拟是激光制造过程中的重要环节，它可以对加工过程中的温度、速度、形态等参数进行预测和分析，从而帮助制造工程师优化加工参数，提高制造效率和品质。
数值模拟方法可以基于几种光束熔化的物理过程，如热输运、相变、流体力学等，使用数学模型对加工过程进行建模和仿真。
通常，数值模拟方法可以在计算机上执行，可将实验成本降至最低，同时大大减少加工发生错误的风险。
在模拟过程中，工程师通常使用有限元或有限体积法对材料、能量传输、相变、流体力学等问题进行建模和求解。
这种方法是编程复杂，需要相应的数学和物理知识。
三、数值模拟在激光制造中的应用实例数值模拟的应用使工程师能够更快地理解激光制造的物理特性，并使他们能够针对特定应用场合制定最佳加工方案。
以下是数值模拟在激光制造中的一些典型应用场景：1.优化激光加工参数数值模拟可以为激光加工过程提供深入的了解，从而发现材料的变化、熔池的形成和热应力等问题。
这些都有助于工程师进行参数优化，以实现更高的精度、更高的效率和更高的质量。
2.预测材料变化和形变数值模拟也可以帮助工程师预测熔化和固化过程中材料变形和形状变化。
激光增材制造过程数值仿真技术综述
激光增材制造过程数值仿真技术综述激光增材制造（LAM）是一种先进的快速成型技术，它利用激光熔化金属粉末来逐层构建复杂的零件和结构。
这种技术在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域有着广泛的应用。
在激光增材制造过程中，数值仿真技术扮演着重要的角色，可以帮助优化工艺参数、预测材料性能和预测构件的变形等问题。
本文将就激光增材制造过程中的数值仿真技术进行综述，包括其基本原理、建模方法、影响因素等方面的内容。
一、激光增材制造的基本原理激光增材制造是一种以激光熔化金属粉末为基础的快速成型技术。
其基本原理是利用激光束瞬间加热金属粉末，使其熔化并与基底材料结合，从而形成复杂的三维结构。
激光增材制造的工艺包括激光熔化、材料沉积和热循环等环节，其中的激光熔化过程是整个工艺中最关键的环节。
在这一过程中，激光功率、扫描速度、层间距离等工艺参数会对成形结构的质量产生重要影响。
二、激光增材制造的数值仿真建模数值仿真是激光增材制造过程中不可或缺的一部分，它可以帮助工程师优化工艺参数、预测材料性能和预测构件的变形等问题。
在激光增材制造中，数值仿真建模主要包括以下几个方面：1.热流体模拟激光增材制造中的热流体模拟是一个复杂的多物理过程，涉及到激光传热、熔化金属粉末和热应力等问题。
采用有限元方法，可以模拟激光熔化过程中的温度场分布、熔池形态等关键参数，从而辅助工程师优化激光功率、扫描速度等工艺参数。
2.相变模拟激光增材制造中的相变过程是影响构件质量的重要因素，通过数值仿真可以模拟金属粉末的熔化和凝固过程，预测构件的组织结构和性能。
3.热应力模拟激光增材制造过程中由于快速加热和冷却会产生较大的热应力，通过数值仿真可以模拟构件的变形和裂纹分布，从而优化工艺参数和提高构件的质量。
三、激光增材制造数值仿真技术的应用激光增材制造数值仿真技术在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域有着广泛的应用。
其中，激光增材制造在航空航天领域的应用最为突出，它可以制造复杂的轻质结构零部件，提高整体结构的强度和耐久性。
金属激光3D打印过程数值模拟应用及研究现状
材料工程Journal of Materials Engineering第4 9卷 第4期2021年4月第52-62页Vol. 4 9 No. 4Apr. 2021 pp. 52―62金属激光3D 打印过程数值 模拟应用及研究现状Application and research status of numerical simulation of metallaser 3D printing process杨 鑫1，王 犇】，谷文萍2,张兆洋】，刘世锋3,武 涛1(1西安理工大学材料科学与工程学院，西安710048；2长安大学材料科学与工程学院，西安710061 ；3西安建筑科技大学冶金学院，西安710055) YANG Xin 1, WANG Ben 1 ,GU Wen-ping 2 , ZHANG Zhao-yang 1 , LIU Shi-feng 3 ,WU Tao 1(1 Department, of Materials Science and Engineering ,Xi ?an University ofTechnology, Xi an 71 0048, China ； 2 Department, of Materials Scienceand Engineering , Chang ? an University , Xi ? an 710061 , China ;3 School of Metallurgical and Engineering ,Xi ?an Universityof Architecture & Technology, Xi an 71 0055, China)摘要：数值模拟可以高效、有针对性地对金属激光选区熔化成型过程中的温度场、熔池形状、残余应力和变形、凝固过程 微观组织演变等过程建立相应的模型并对成形件的相关性能做出准确预测，为工艺优化提供科学的依据，显著降低工艺开发成本和缩短工艺开发周期，有力推动金属增材制造向工业级应用的转变。
金属材料激光相变硬化的三维数值模拟
金属材料激光相变硬化的三维数值模拟
金属材料激光相变硬化的三维数值模拟是模拟金属材料激光热处理过程的基础。
该模拟技术可以模拟实际的激光热处理过程，从而得出材料的热处理过程的有效性、效率、质量和环境影响等等方面的报告。
1.模拟原理
金属材料激光相变硬化的三维数值模拟基于有限元技术，其主要分为基本模型、过程模拟、结果分析等技术步骤。
在基本模型中，将形变的速度转变和应力的变化，以及材料造就的表面形变、热流、应力和强度变化，均进行了完整的数值模拟；过程模拟中，通过考虑优化步骤，建立操作程序，以获得最优的激光热处理参数；而结果分析则是获取激光热处理过程中表面形变和应力分布等结果，以及控制因素对比，实现激光热处理效果的较优化。
2.技术优势
金属材料激光相变硬化的三维数值模拟技术可以有效确定材料所需的激光热处
理参数，有效地提高材料的热处理性能，减少测试和调试的时间和成本，在保证质量的情况下提高生产效率。
此外，该技术还可以将激光热处理更加精准化，对热处理缺陷的精确监测和降解，从而有效地保证材料的热处理性能和收益，且激光热处理过程进行精确有效的节能。
3.应用场景
金属材料激光相变硬化的三维数值模拟技术具有广泛的应用场景。
比如，该技
术可用于金属零件的表面增强、热处理参数的优化确定等，也可以在金属材料热处理后进行性能分析，检测材料本身是否满足热处理要求；此外，该技术还可以在金属材料热处理后进行性能分析，并根据工程's需求进行性能优化。
4.总结
总的来说，金属材料激光相变硬化的三维数值模拟可以更精准有效地模拟激光
热处理过程，为激光热处理工艺优化提供技术支持，提高材料热处理性能，为提高金属材料热处理质量提供质量和效率保证。
选择性激光烧结的三维有限元模拟
选择性激光烧结的三维有限元模拟选择性激光烧结的三维有限元模拟3D Finite Element Simulation of Selective Laser Sintering Process沈阳飞机⼯业(集团)有限公司韩 松[摘要] 建⽴了三维有限元模型⽤来模拟Fe -Cu 粉末体系的选择性激光烧结过程。
分析的结果不仅有助于粗略地估计单⾏烧结的烧结区域尺⼨,优化加⼯参数,⽽且在确定能量密度和材料选择⽅⾯也提供了有益的建议。
关键词:快速成型 选择性激光烧结 有限元模拟[ABSTRACT] A 3D FE model is developed to simulate the selective laser sintering (SL S )process of Fe -Cu powder mixture.The analysis results can not only be a help to roughly estimate the sintering zone dimen 2sion of a single sintered line and define the optimized processing parameters ,but also can provide some useful suggestions about energy density defermination and ma 2terial selection.K eyw ords :R apid prototyping Selective laser sin 2tering (SLS) Finite element simulation1 概述⾦属粉末的选择性激光烧结(SL S )属于快速原型制造技术。
它使⽤零件的CAD 模型作为输⼊数据,按层层叠加的⽅式⽣成三维零件,⽽不像传统的加⼯⼯艺那样使⽤任何成型模具或⼯具。
激光增材制造工艺过程的有限元模拟
激光增材制造工艺过程的有限元模拟∗张昭;葛芃【摘要】激光增材制造工艺过程中热应力的大小及变化规律显著影响加工质量和工件的可靠性，为了明确激光增材制造过程中热应力的变化，采用生死单元技术对激光增材制造过程进行模拟，并采用双椭球热源模型模拟激光热源，从而计算激光增材制造过程中温度场分布、热应变及热应力变化过程。
计算结果表明，激光增材制造过程中，增材厚度、增材层数等制造工艺对整体温度场影响较大，增材厚度越大，增材层数越少，激光增材制造峰值温度越低，材料温度变化幅度越小。
在激光增材制造过程中，出现明显拉应力，有可能是导致激光增材制造过程中材料断裂的重要原因。
激光增材制造过程中，变化的热应力具有峰值较高，变化速度较快，持续时间较长的特点。
%The variations of the thermal stresses in laser additive manufacturing can significantly affect the reliability and qual-ity of the manufactured workpieces. To determine variation of the thermal stresses, the laser additive manufacturing process is simulated by use ofactive/inactive element method. The double-ellipsoid heat source model is used for the simulation of the laser input heat. The temperature distribution and the thermal strain and stress can be then calculated. Results indicate that the temperature in additive manufacturing can be obviously affected by the additive thicknesses and the additive layers. The maximum temperature and the temperature variations in AM can be decreased with the increase of the additive thicknesses and the decrease of the additive layers. In laser AM, tensile stress can be easily found. It can be one of the main reasons for the possible fracture in laser AM. In thelaser additive manufacturing process, the variational thermal stress has very high peak, and it has advantages of change quickly and last a relatively long period.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2016(029)003【总页数】4页(P136-139)【关键词】激光增材制造;数值模拟;温度场;热应变;热应力【作者】张昭;葛芃【作者单位】大连理工大学运载工程与力学学部工业装备结构分析国家重点实验室工程力学系，辽宁大连 116024;大连理工大学运载工程与力学学部工业装备结构分析国家重点实验室工程力学系，辽宁大连 116024【正文语种】中文【中图分类】V261.8通过激光增材制造（AM）对材料进行逐层连接，实现高参数化、低消耗、高效率的装备制造，逐渐成为以数字化工业变革为理念的高端工业领域的主要制造手段。
激光键合的有限元仿真及工艺参数优化
璃 的 外 表 面 !空 气 对 流 .键 合 片 表 面 的 热 辐 射 和 键 合
设备的热传导都会 使 键 合 片 散 发 一 部 分 热 量!但 由
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级'K#(!因此可 忽 略 热 辐 射 对 键 合 片 温 度 场 的 影 响9
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激光键合的有限元仿真及工艺参数优化"
马子文!汤自荣!廖广兰P!史铁林!聂!磊!周!平
"华中科技大学机械科学与工程学院 武汉光电国家实验室!武汉!OL$$%O#
摘要在硅*玻璃激光键合中!温度场的分布是影响晶片能否键合的关键因素9本 文 利 用 有 限 元 法 建 立 了 移 动 高 斯 热源作用下硅*玻璃激光键合的三维温度场数值分析模型9运用该模型计算了 不 同 的 工 艺 参 数 条 件 下 硅*玻 璃 的 温 度场分布!并由此得出键合线宽9然后通过漏选试验确定影响激光键合的主要工 艺 参 数 有 激 光 功 率.激 光 扫 描 速 度 及键合初始温度9最后通过对仿真结果进行回归分析!得到激光键合工艺的最优 参 数!为 进 一 步 研 究 激 光 键 合 工 艺 提供了理论依据9
激光粉末沉积温度场和应力场的有限元数值模拟的开题报告
激光粉末沉积温度场和应力场的有限元数值模拟的开题报告一、选题背景激光粉末沉积（Laser Powder Deposition, LDP）是一种新型的快速成形技术，能够制造形状复杂、功能性强的金属零件，广泛应用于汽车、航空航天、医疗设备等领域。
激光粉末沉积的过程包括材料的熔化、凝固、应力产生等多个环节，其中温度和应力是影响零件质量和性能的重要因素。
因此，对激光粉末沉积温度场和应力场的数值模拟研究，具有重要的理论和应用价值。
二、研究内容本课题将通过有限元数值模拟的方法，分析激光粉末沉积过程中温度场和应力场的分布规律和变化趋势。
具体研究内容包括：1. 建立激光粉末沉积温度场和应力场的有限元计算模型；2. 分析激光粉末沉积过程中的温度场分布情况及其变化趋势；3. 分析激光粉末沉积过程中的应力场分布情况及其变化趋势；4. 研究激光功率和扫描速度等工艺参数对温度场和应力场的影响。
三、研究方法和技术路线本课题将采用有限元模拟方法，通过ANSYS软件建立激光粉末沉积温度场和应力场的计算模型，进行数值模拟计算。
具体技术路线如下：1. 根据实际工艺参数和材料性质，建立有限元模型；2. 设置合适的求解器和边界条件，进行数值模拟计算；3. 对模拟结果进行分析和评估，优化模型参数和计算效果；4. 对模型进行验证和可靠性分析。
四、研究预期结果本课题将以激光粉末沉积温度场和应力场的有限元数值模拟为基础，分析激光粉末沉积过程中温度场和应力场的变化规律，研究激光功率和扫描速度等工艺参数对温度场和应力场的影响。
预期结果包括：1. 温度场和应力场的分布规律；2. 激光功率和扫描速度对温度场和应力场的影响规律；3. 温度场和应力场对零件性能的影响分析。
五、参考文献[1] Qin L Y, Shen J, Lu F G, et al. Numerical simulation of temperature field in laser powder deposition process[J]. Applied Mechanics & Materials, 2013, 361-363: 1907-1911.[2] Wang Z, Liu Y, Zhang J, et al. Finite element simulation of stress field in the process of laser cladding based on ANSYS software[J]. Materials Science Forum, 2016, 861: 241-247.[3] Chen Y, Chen L, Yang J, et al. Research on numerical simulation technology of stress field in selective laser melting process[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2016, 233(20): 149-157.。
面向激光增材制造的多物理场耦合结构拓扑优化方法
面向激光增材制造的多物理场耦合结构拓扑优化方法1 引言激光增材制造（LAM）是近年来发展迅速的一种先进制造技术，其利用激光束将金属或塑料等材料一层一层地加工成3D结构。
该技术具有优异的生产效率、设计自由度高、节能环保、减少浪费等优点。
与传统制造方式相比，LAM制造的产品具有更高的精度和质量。
但是，LAM制造过程中存在各种物理场耦合、热应力、变形等问题。
这些问题不仅会导致结构质量和准确性下降，还会使产品寿命缩短，甚至出现安全隐患。
因此，如何优化LAM的结构设计，提高其质量和稳定性，是当前研究的热点之一。
2 LAM的多物理场耦合问题LAM制造过程中，涉及到多个物理场的相互作用，如热场、应力场、变形等。
其中最主要的问题是热应力造成的变形。
由于LAM制造中的快速加热和冷却，会导致材料的温度变化和形状变形。
这种变形不仅对结构的精度和准确性造成影响，还会对结构的耐久性和可靠性产生影响。
因此，必须考虑热应力造成的变形和变形对产生的物理场的影响，并采取相应的措施进行优化。
3 结构拓扑优化的基本原理结构拓扑优化是一种优化结构形状和大小的方法，通过重新设计结构的拓扑结构，以获得更高的性能和较低的成本。
该方法包括两个基本步骤：1）创建一个初始结构；2）重新设计拓扑结构。
首先，设计者需要创建一个目标结构，以满足特定的要求。
然后，通过对该结构进行优化，以获得更高的性能和较低的成本。
为了实现优化，设计者需要指定一系列的约束条件，如质量、材料成本和几何形状等。
基于这些约束条件，可以采用优化算法进行求解和优化。
最终得到的结构形状能够满足设计要求，同时具有更高的性能和较低的成本。
4 LAM的结构拓扑优化方法针对LAM制造过程中的多物理场耦合问题，可以采用结构拓扑优化方法进行优化。
方法的基本步骤如下：4.1 建立数值模型首先，需要建立一个数值模型，以模拟LAM制造过程中的物理场。
该模型应包含多个物理场，包括热场、应力场、变形等。
基于这种模型可以对结构进行数值模拟分析，以分析结构的变形和物理性能。
Inconel 718往复增材制造应力场及变形仿真分析
Inconel 718往复增材制造应力场及变形仿真分析摘要：激光增材制造工艺过程中热应力的大小及变化规律显著影响加工质量和工件的可靠性，为了明确激光增材制造过程中热应力的变化，采用生死单元技术对激光增材制造过程进行模拟，并采用高斯热源模拟激光热源，从而计算激光增材制造过程中热应变及热应力变化过程。
在激光增材制造过程中，出现明显拉应力，有可能是导致激光增材制造过程中材料断裂的重要原因。
激光增材制造过程中，变化的热应力具有峰值较高，变化速度较快，持续时间较长的特点。
关键词：激光增材制造；应力场；有限元分析0.引言激光增材制造技术作为一种新兴的制造技术已改变现有工业零部件的设计生产制造方式。
激光增材制造技术利用计算机将零件三维CAD模型进行分层切片，以高能量密度激光束为热源将材料熔化凝固，逐层堆积形成实体零件。
激光增材制造技术可以实现多种材料、复杂结构零件的致密成形，综合力学性能优于铸造件，可以显著缩短制造周期，适用于新产品的开发、复杂零件的定制生产[1]。
目前激光增材制造技术主要包括同轴送粉式激光金属沉积(laser melting deposition， LMD)技术[2]和铺粉式选区激光熔化(selective laser melting，SLM)技术[3]。
目前，激光增材制造技术已实现铁基合金、钛合金、铝合金、镍基高温合金、钴基合金、铜合金、钨、金等金属材料的加工[4-6]。
随着激光增材制造技术的快速发展，该技术已经在航空航天、医疗器械、汽车制造和模具制造等领域广泛应用。
现阶段，从国内外激光增材制造的发展情况来看，真正走向产业化的技术方向还属少数，这是因为基础理论积淀、关键技术突破、工程化应用技术成熟度、技术研发商业化推广等方面在不同程度上制约了激光增材制造技术产业化应用[7]。
增材制造是当今制造领域的一个热点问题[8]，然而，由于实际加工中工艺的限制，在材料、几何形状，公差、残余应力及强度方面生产的制件并不总是可使用的。
基于ANSYS激光增材修复的数值模拟技术
基于 ANSYS激光增材修复的数值模拟技术摘要：以316不锈钢粉末为原材料，模拟激光金属增材修复薄壁结构件的过程。
采用生死单元技术模拟金属增材，基于ANSYS Workbench 工作台数值仿真系统，运用数值模拟的方式预测运用激光增材再制造技术修复316不锈钢基体上预置的梯形通槽修复件的变形量变化趋势；建立的有限元模型能正确有效地模拟出激光增材修复过程中的温度场与应力场，为实验工艺探究过程提供参考依据。
关键词：激光增材；修复；生死单元技术；热-力顺序耦合分析；残余应力场激光增材制造(Laser additive manufacturing，LAM)是一种以激光为能量源，直接从三维CAD模型上激光熔覆制造具有复杂结构形状的金属构件的技术[1]。
相对于传统的减材、等材制造工艺相比，增材制造工艺在低批量制造高价值部件和个性化产品方面具有多项优势。
激光增材修复（Laser additive repaired，LAR）技术是在激光增材制造（LAM）技术基础上发展起来的，与传统修复技术相比，其具有自动化程度高、热输入小、冶金结合、不受形状与尺寸限制等特点，已被广泛应用于合金钢、钛合金、高温合金、生物医用材料等领域的制造与修复。
1有限元模型的建立热力学是确定物体在热源作用下热响应的一种方法，采用数值模拟仿真物体内部各点的温度，推导出可用于模拟物体的温度状况及所需热物性参数。
根据实际情况，文中采用瞬态热分析法，该方法是一种快速升温或冷却过程，这一过程中，温度、热力学条件等随时间而改变。
热力学分析遵循能量守恒和热平衡方程。
瞬态热分析的控制方程为[2][C]{T}+[K]{T}={Q} （1）式中[C]为比热矩阵；{T}为节点温度对时间的导数；[K]为热传导矩阵；{T}为节点温度向量；{Q}为节点热流率向量。
对激光熔覆而言，热源是实现热熔覆的最基本条件，一般来说选用的是高斯热源模型，热源公式为（2）式中，Q为光斑在任一点的热流密度；η为激光利用率；P为激光功率；r为光斑半径；R为任一点到热源中心的距离。
金属激光增材制造过程数值模拟
金属激光增材制造过程数值模拟魏雷;林鑫;王猛;马良;黄卫东;侯运安【摘要】金属激光增材制造过程中,热应力导致零件发生形变;气孔与熔合不良等缺陷降低零件的拉伸以及疲劳性能;熔池内的凝固微观组织,尤其是柱状晶等轴晶转变(Columnar to Equiaxed Transition,CET)是影响零件性能的重要因素.针对上述3个方面,回顾了金属激光增材制造数值模拟的发展历史,对其研究现状和存在问题进行了评述,阐述了金属激光增材制造过程中所采用的数值模型和数值方法,包括热应力分析的有限元(Finite Element Method,FEM)方法、模拟熔池金属液流动的计算流体力学方法(Computational Fluid Dynamics,CFD),以及凝固微观组织模拟的相场法(Phase Field,PF)和元胞自动机方法(Cellular Automaton,CA).在此基础上对金属激光增材制造过程数值模拟的前景及趋势进行了展望.%During the laser additive manufacturing of metal components,the thermal/mechanical cycles cause the deformation of the part.The pore and unmelted metal powder reduce the tensile and fatigue properties.The solidification microstructure,especially the columnar to equiaxed transition (CET),determines the properties of final products.In view of the above three aspects,this study reviews the developments of the numerical simulating of laser additive manufacturing for metal components.The current researches and exist problems have been reviewed.And the numerical models used in the simulations have been discussed,including the finite element method (FEM) for thermal/mechanicalproblems,computational fluid dynamics (CFD) for the liquid metal flow in the molten pool and the numerical models (phase field (PF) and cellularautomaton (CA)) for the solidification of microstructure.On the basis of this,the prospect and trend of the numerical simulation of the laser additive manufacturing for metal components are discussed.【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2017(000)013【总页数】10页(P16-25)【关键词】增材制造;数值模拟;热应力耦合;凝固微观组织模拟【作者】魏雷;林鑫;王猛;马良;黄卫东;侯运安【作者单位】西北工业大学凝固技术国家重点实验室,西安710072;西北工业大学金属高性能增材制造与创新设计工业和信息化部重点实验室,西安710072;西北工业大学凝固技术国家重点实验室,西安710072;西北工业大学金属高性能增材制造与创新设计工业和信息化部重点实验室,西安710072;西北工业大学凝固技术国家重点实验室,西安710072;西北工业大学金属高性能增材制造与创新设计工业和信息化部重点实验室,西安710072;西北工业大学凝固技术国家重点实验室,西安710072;西北工业大学金属高性能增材制造与创新设计工业和信息化部重点实验室,西安710072;西北工业大学凝固技术国家重点实验室,西安710072;西北工业大学金属高性能增材制造与创新设计工业和信息化部重点实验室,西安710072;中国航发西安航空发动机有限公司计量中心,西安710021【正文语种】中文金属增材制造[1-2]作为一项高性能金属零件的自由实体成形增材制造技术，在航空、航天、能源、化工和机械等领域具有广阔的应用前景。
激光增材制造微观结构模拟与力学性能预测
激光增材制造微观结构模拟与力学性能预测张昭;葛芃;谭治军;胡超平;赵国忠【期刊名称】《兵器材料科学与工程》【年(卷),期】2018(41)1【摘要】提出一种考虑粒子数量的激光增材制造热源模型,模拟同轴送粉激光熔覆增材制造过程中的温度变化历史,通过与试验数据对比验证所提出新型热源的有效性。
基于Monte Carlo方法发展一种新型多尺度计算模型以模拟双相钛合金增材制造过程中的相变和晶粒变化,采用有限元模型重构Monte Carlo模型所得到的微观结构模型,通过算例对比验证基于微观结构形貌的有限元模型对于双相钛合金力学性能预测的准确性,并进一步计算分析激光增材制造构件的流动应力。
计算结果发现,采用考虑粒子数量的热源模型,可以更好地模拟增材制造热过程,增材过程中各层出现不同程度的重熔及重加热过程。
微观结构计算结果表明,对增材制造过程微观结构的多尺度模拟是有效的,且可以较好地计算两相钛合金增材制造过程中的晶粒体分比变化及形貌。
在对重构Monte Carlo模型计算所得微观结构进行力学性能测试中发现,计算所得流动应力均能较好地反映两相钛合金力学性能变化规律。
【总页数】7页(P1-7)【作者】张昭;葛芃;谭治军;胡超平;赵国忠【作者单位】大连理工大学工程力学系;大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室【正文语种】中文【中图分类】V261.8【相关文献】1.搅拌摩擦增材制造的微观结构-力学性能一体化数值模拟2.送粉式激光增材制造Al-Mg-Sc-Zr合金的微观组织与力学性能3.等离子弧增材制造双金属交织结构微观组织及力学性能4.激光增材制造TC4/GH4169梯度结构微观组织分析5.选区激光熔化增材制造高强度Al-Mg-Sc-Zr合金的微观组织与力学性能因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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关 键 词 ：激 光 增 材 制 造 ;数 值 模 拟 ；温 度 场 ；热 应 变 ；热应力
中 图 分 类 号 ：V 26 1 .8
文献标志码:A
文 章 编 号 ：1 0 0 7 -4 4 1 4 (2 0 1 6 )0 3 -0 1 3 6 -0 4
Finite Element Simulation of the Laser Additive Manufacturing
从 而 计 算 激 光 增 材 制 造 过 程 中 温 度 场 分 布 、热 应 变 及 热 应 力 变 化 过 程 。计 算 结 果 表 明 ，激 光 增 材 制 造 过 程 中 ，增材 厚
度 、增 材 层 数 等 制 造 工 艺 对 整 体 温 度 场 影 响 较 大 ，增 材 厚 度 越 大 ，增 材 层 数 越 少 ，激 光 增 材 制 造 峰 值 温 度 越 低 ，材 料 温
度 变 化 幅 度 越 小 。在 激 光 增 材 制 造 过 程 中 ，出 现 明 显 拉 应 力 ，有 可 能 是 导 致 激 光 增 材 制 造 过 程 中 材 料 断 裂 的 重 要 原
因。激 光 增 材 制 造 过 程 中 ，变 化 的 热 应 力 具 有 峰 值 较 高 ，变 化 速 度 较 快 ，持 续 时 间 较 长 的 特 点 。
应用与试验
2〇16 年 第 3 期•
d〇i ：1 0.16 57 6 /j. cnki. 1 0 0 7 -4 4 1 4 .2 0 1 6 .0 3 .0 4 9
激光增材制造工艺过程的有限元模拟*
张 昭 ，葛 芄 ( 大 连 理 工 大 学 运 载 工 程 与 力 学 学 部 工 业 装 备 结 构 分 析 国 家 重 点 实 验 室 工 程 力 学 系 ，辽 宁 大 连 116〇24)
Z H A N G Zhao, G E Peng
( State Key Laboratory o f Structural Analysis for Industrial Equipment, Department of Engineering Mechanics， Dalian University o f Technology， Dalian Liaoning 116024， China ) A bstract ：The variations of the thermal stresses in laser additive manufacturing can significantly affect the reliability and qual ity of the manufactured workpieces. To determine variation of the thermal stresses, the laser additive manufacturing process is simulated by use of active/inactive element method. The double-ellipsoid heat source model is used for the simulation of the laser input heat. The temperature distribution and the thermal strain and stress can be then calculated. Results indicate that
摘 要 : 激 光 增 材 制 造 工 艺 过 程 中 热 应 力 的 大 小 及 变 化 规 律 显 著 影 响 加 工 质 量 和 工 件 的 可 靠 性 ，为 了 明 确 激 光 增 材
制 造 过 程 中 热 应 力 的 变 化 ，采 用 生 死 单 元 技 术 对 激 光 增 材 制 造 过 程 进 行 模 拟 ，并 采 用 双 椭 球 热 源 模 型 模 拟 激 光 热 源 ，
the temperature in additive manufacturing can be obviously affected by the additive thicknesses and the additive layers. The maximum temperature and the temperature variations in AM can be decreased with the increase of the additive thicknesses and the decrease of the additive layers. In laser AM , tensile stress can be easily found. It can be one of the main reasons for the possible fracture in laser AM. In the laser additive manufacturing process, the variational thermal stress has very high peak, and it has advantages of change quickly and last a relatively long period. K ey w ord s：laser additive manufacturing；numerical simulation；temperature field；thermal strain；thermal stress
〇 引言 通过激光增材制造（am )对材料进行逐层连接，
实 现 高 参 数 化 、低 消 耗 、高 效 率 的 装 备 制 造 ，逐渐成为 以数字化工业变革为理念的高端工业领域的主要制 造手段。近 2 0 年 来 ，国内外诸多学者对激光增材制