[发明专利]一种镁合金激光选区熔化微观组织演变的数值模拟方法

权利要求书

1.一种镁合金激光选区熔化微观组织演变的数值模拟方法，其特征在于，该方法按照以下步骤进行：

步骤1，在建模软件中建立宏观几何模型，并划分单元网格，进行边界条件的设置，确定材料的物理参数；

步骤2，确定激光选区熔化加工过程数值模拟的热源模型，采用热源模型来模拟激光的扫描；

步骤3，联立求解质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程，获得激光选区熔池的流场和温度场；考虑了氩气保护气体及粉末层和基板的金属相两相，应用VOF法追踪自由界面；

步骤4，在宏观几何模型中选取特定的二维截面进行微观组织模拟计算；

所述的特定的二维截面为三维熔池温度场横截面、三维熔池温度场纵截面或三维熔池温度场水平截面；

用均匀宏观单元节点温度监测点进行分割，对监测点热历史曲线在时间上和空间上进行插值处理，作为微观计算的温度场；

步骤5，步骤4中获得的微观计算的温度场所对应的区域即为微观计算区域；

当进行等轴晶生长模拟时，在所述的微观计算区域的几何中心直接置入枝晶形核心；

当进行平面状到胞状再到柱状晶的生长模拟时，针对所述的微观计算区域，建立熔池边缘外延生长的柱状晶的形核模型；

当进行柱状晶向等轴晶转变的枝晶生长模拟时，针对所述的微观计算区域，分别建立熔融粉末中的等轴晶形核模型和熔池边缘外延生长的柱状晶的形核模型；

步骤6，针对所述的微观计算区域，分别建立固相溶质扩散模型和液相溶质扩散模型；

步骤7，针对所述的微观计算区域，确定枝晶的生长动力学模型，计算微观单元网格在单位时间步长增加的溶质量，并根据捕获规则进行迭代计算；

步骤8，对步骤7计算得到的数据保存，进行可视化处理。

2.如权利要求1所述的镁合金激光选区熔化微观组织演变的数值模拟方法，其特征在于，步骤1中，所述的材料的物理参数包括激光功率、扫描速度、粉末吸收系数、固相线温度、液相线温度、表面张力、表面张力梯度、固态粘度,、液态粘度、蒸发焓、导热系数、表面辐射系数和填充气体种类。

3.如权利要求1所述的镁合金激光选区熔化微观组织演变的数值模拟方法，其特征在于，步骤2中，所的热源模型采用如下式所示的平面高斯热源模型；

式中：

q_laser为高斯热源；

η为激光吸收率；

P为激光功率；

R为激光半径；

r为粉床上一点到激光光斑中心的距离。