[发明专利]一种电子束焊仿真方法、装置及设备

权利要求书

1.一种电子束焊仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取待焊工件的实体几何模型，并基于预先设定的计算域进行网格划分；

获取焊件的物性参数、时间步长和边界条件，并建立与所述边界条件对应的控制方程组；

基于二次电子吸收修正电子束功率密度，基于电子束传输路径确定电子束的能量加载位置，以获取电子束传输路径和二次电子吸收修正后的电子束加热热源；

以所述电子束热源为源项，基于所述时间步长、边界条件和控制方程组获取焊件温度场和焊件熔池流动场，并根据所述熔池流动场获取熔池的当前形貌；

基于所述时间步长更新计算时间，重复进行温度场和熔池流动场求解，直至计算结束。

2.根据权利要求1所述的电子束焊仿真方法，其特征在于，所述基于二次电子吸收修正电子束功率密度，具体包括：

获取电子束横截面上的电流密度j_e分布：

其中，U_e为加速电压、I_e为电子束电流、d_e为束流直径、j_e(x,y)为电子束横截面上(x,y)点处的电流密度；

获取总吸收系数，则电子束在匙孔表面的吸收分布为：

q(x,y,Z_K)＝ε·U_ej_e，

其中，

ε＝ε_e+ε_r

ε_e＝1-k_rR，

ε_e为电子束吸收系数，ε_r为二次电子吸收系数，k_r为电子反射后的剩余能量系数，取值范围为0.45～0.50，R是材料的反射系数，Z_k是焊接匙孔深度，d_t与d_b分别为匙孔顶部与底部的直径。

3.根据权利要求1所述的电子束焊仿真方法，其特征在于，所述基于电子束传输路径确定电子束的能量加载位置，以获取电子束传输路径和二次电子吸收修正后的电子束加热热源，具体包括：

在每一步温度场计算前，将电子束划分为若干子束流，获取子束流与匙孔界面的交点；

将电子束传输路径上的第一个交点作为电子束的加载位置点，记为ξ＝1，其余交点作为被遮挡的点，记为ξ＝0；

则电子束传输路径和二次电子吸收修正后的电子束加热热源为：

Q＝q(x,y,Z_K)·ξ。

4.根据权利要求1所述的电子束焊仿真方法，其特征在于，以所述电子束热源为源项，基于所述时间步长、边界条件和控制方程组获取焊件温度场和焊件熔池流动场，并根据所述熔池流动场获取熔池的当前形貌，具体为：

以所述电子束加热热源为源项，基于所述时间步长、边界条件和控制方程组获取焊件温度场；其中，所述控制方程组包括质量方程、动量方程和能量方程；

对所述控制方程组进行离散求解获取焊件熔池的速度及压力分布；

应用界面捕获算法对所述速度及压力分布进行追踪，以获取熔池实时的形貌。

5.根据权利要求1所述的电子束焊仿真方法，其特征在于，所述计算域包括所述待焊工件和气相区域；其中，所述待焊工件包括固相区和固-液区，所述气相区域位于焊件表面上方，焊件表面将计算域划分为气相区域和待焊工件的固-液区。