激光增材制造工艺过程的有限元模拟

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 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
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
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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
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
应用与试验
2〇16 年 第 3 期 （第 29 卷 ，总 第 I4 3 期 ） • 机 械 研 究 与 应 用 •
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
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