[发明专利]液滴沉积过程模拟的边界条件处理方法在审

专利信息
申请号: 201811604200.2 申请日: 2018-12-26
公开(公告)号: CN109740232A 公开(公告)日: 2019-05-10
发明(设计)人: 刘赵淼;任彦霖;逄燕 申请(专利权)人: 北京工业大学
主分类号: G06F17/50 分类号: G06F17/50
代理公司: 北京思海天达知识产权代理有限公司 11203 代理人: 沈波
地址: 100124 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 液滴沉积 边界条件 过程模拟 边界类型 判定 边界单元 二级位置 几何位置 计算区域 计算效率 快速分类 三维坐标 位置判定 运算效率 单元法 未激活 分类 应用 制造
【说明书】:

发明公开了液滴沉积过程模拟的边界条件处理方法,在生死单元法的基础上,根据几何位置和特征对边界单元进行分类,提高边界条件处理过程的运算效率。本发明首先根据单元三维坐标对其进行一级位置判定和二级位置判定,再根据相邻未激活单元的相对位置进行判定,并对单元所属的边界类型进行编号,实现对26种边界条件的快速分类。该方法能够对计算区域内任何单元最多仅需5次判断,即可准确判断出该单元所属的边界类型。在液滴沉积过程的模拟中使用该方法,可以进一步提高液滴沉积过程模拟的计算效率,在液滴沉积制造领域的实际应用中具有中要推动作用。

技术领域

本发明涉及一种液滴沉积过程模拟的边界条件处理方法,可以将边界单元按照几何位置和相邻未激活单元的相对位置进行分类,能够提高边界条件设置的运算效率及准确性。本发明属于有限元数值算法领域。

背景技术

金属增材制造技术是一种直接成型的制造技术,具有成型过程简单、速度快、损耗低等优势,在航空、航天和汽车工业中备受瞩目。该技术能够结合计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)技术,采用逐层沉积的方式,完成复杂三维结构的制造。

为了提高生产过程中的样件成型质量、降低次品率,有必要根据实际工况下的材料参数、样件几何结构和尺寸等条件,对铺展过程中单元间界面温度变化过程进行监测。根据材料的热容、热导率、线膨胀率、相变潜热等热物理性质,判断出生产过程中是否会产生冷裂纹、粗晶核、缩孔等缺陷。通过数值模拟方法提前预测样件成型质量,可以为调整温度条件和沉积频率等参数提供指导。

生死单元法是金属液滴多层沉积过程的数值模拟方法之一,通过逐个单元激活的方法降低计算量、提高计算效率。该算法需要在每次激活新单元时对温度边界条件进行更新,是该算法的难点问题之一。需要设计出更加高效的分类和处理方法提高运算效率,以提高数值模拟预测在实际工程应用中的价值。

发明内容

本发明基于液滴沉积过程模拟,在生死单元法的基础上,根据几何位置和特征对边界单元进行分类,提高边界条件处理过程的运算效率。分别经过一级位置判定、二级位置判定和单元相对位置判定,最后根据判定结果对该边界单元进行编号,实现边界条件的快速分类。

本发明采用的技术方案为液滴沉积过程模拟的边界条件处理方法,该方法主要包括以下步骤:

1)一级位置判定

将所有网格按照单元的三维坐标对其进行一级位置判定,分为顶侧层、底侧层、左侧层、右侧层、上侧层、下侧层和内部区域;

2)二级位置判定

在一级位置判定的基础之上,根据单元的三维坐标对其进行二级位置判定。其中,顶侧层与底侧层的网格被分为前棱、后棱、左棱、右棱、左前顶点、左后顶点、右前顶点、右后顶点和中央区域;左侧层和右侧层网格被分为前棱、后棱和中央区域;前侧层、后侧层和内部区域不需二级位置判定。

3)相邻单元相对位置判定

在二级位置判定的基础之上,根据相邻未激活单元的相对位置进行判定。根据判定结果,对26种边界单元进行编号,并将内部单元编号为0;

本发明可以对计算区域内任一单元的空间坐标、相邻未激活单元的相对位置进行最多5次判断,即可准确判断出该单元所属的边界类型。通过该方法可以进一步提高液滴沉积过程模拟的计算效率,在液滴沉积制造领域的实际应用中,具有重要推动作用。

附图说明

图1是本发明液滴沉积过程模拟的边界条件处理方法的边界类型图。

图2是本发明液滴沉积过程模拟的边界条件处理方法的一、二级位置判定。

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