[发明专利]基于ANSYS的SLM单道多层扫描成形数值模拟方法

权利要求书

1.基于ANSYS的SLM单道多层扫描成形数值模拟方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：

步骤1，建立数值模拟模型，通过三维建模软件建立模拟所需的三维模型，模型包括基底层和粉末层；

步骤2，新建增材制造数值模拟任务，在WORKBENCH中有增材制造过程的热-力耦合模块创建新的模拟任务；

步骤3，添加材料，在WORKBENCH中添加激光增材制造模拟所需要的材料，包括基底材料和粉末层材料；

步骤4，导入模型，在热分析的流程图中，打开模型选项，导入步骤1建立好的三维模型；

步骤5，基于步骤3添加的材料，分别赋予粉末层和基底层相应的材料；

步骤6，划分网格；

步骤7，添加传热，设置粉末与基底之间的对流传热；

步骤8，添加生死单元，采用生死单元技术实现固体粉末-流体-固体的转换，添加生死单元并赋予给每个单元体，并设置单元的生死；

步骤9，设置步数，根据生死单元尺寸和扫描速度设置激光扫过每一个生死单元的时间，每一个生死单元相当于一个步数；

步骤10，添加热源，基于有限元软件模拟激光增材制造过程，其热源类型选择为高斯热源；

步骤11，计算求解，选择温度进行求解。

2.根据权利要求1所述的基于ANSYS的SLM单道多层扫描成形数值模拟方法，其特征在于，所述步骤1中创建的粉末层以六面体单元堆积，后续进行网格划分，基底层和粉末层为一个整体。

3.根据权利要求1所述的基于ANSYS的SLM单道多层扫描成形数值模拟方法，其特征在于，所述步骤1中的粉末层为单道多层。

4.根据权利要求1所述的基于ANSYS的SLM单道多层扫描成形数值模拟方法，其特征在于，步骤6中划分的网格使用带有体素化选项的笛卡尔网格，且基底层网格比粉末层网格大。

5.根据权利要求1所述的基于ANSYS的SLM单道多层扫描成形数值模拟方法，其特征在于，所述步骤8中每一层粉末设置为一个生死单元，并逐一选中每一层分别为选中的几何实体创建命名选择，用于后续的热源加载。

6.根据权利要求1所述的基于ANSYS的SLM单道多层扫描成形数值模拟方法，其特征在于，所述步骤10中高斯热源分为：高斯面热源、高斯体热源，模拟策略为单道多层，采用高斯面热源：

式中，Q为热流密度，A为激光利用率，P为激光功率，R为激光光斑半径，x，y为以激光斑点中心为原点的坐标轴。

7.根据权利要求1所述的基于ANSYS的SLM单道多层扫描成形数值模拟方法，其特征在于，所述步骤10中热源的移动方式由第一层向上逐层移动，每一层都是单独的函数，其中变量为扫描时间，因此函数可定义为：

第1层：

第2层：

.

.

第n层：

式中，Q为热流密度，A为激光利用率，P为激光功率，R为激光光斑半径，t为时间，x，y为以激光斑点中心为原点的坐标轴，T_n-1-为激光扫过n-1层的时间总和；

在ANSYS经典版中，采用函数编辑器添加多个函数，保存之后读取并导出命令流，将其添加道ANSYS-WORKBENCH中，热源施加完毕。