【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及增材制造相关，具体为一种路径网格拓展的增材制造高效有限元仿真方法。
技术介绍
1、增材制造是将数字三维模型离散为若干个二维平面切片，通过编码程序驱动运动机构，将材料逐层叠加推进，最终堆积成三维零件的先进制造技术。电弧增材制造（wirearc additive manufacturing ,waam）具有成本低、效率高、灵活性高等优点，但是，在电弧焊接过程中，温度场和应力场会发生变化，需要通过算法进一步优化相关的焊接工艺参数。
2、有限元分析是研究电弧增材热力学行为及残余应力和变形演变规律的重要手段，能为残余应力和变形的影响机理研究以及后续应力变形调控提供指导。然而，大型复杂构件的电弧增材制造成形实验成本高、效率低，很难通过反复试错实验直接描述不同路径下残余应力和变形的影响规律。另一方面，由于现有计算机计算能力的限制，采用传统的自由网格热力耦合有限元方法对大型复杂构件的温度场，残余应力场及变形难以预测。
3、现有如专利公开号为cn112975054a的一种电弧增材制造过程中零件表面温度控制装置及控制方法，可减少层间等待时间、提高电弧增材成形件力学性能和成形效率。
4、专利公开号为cn109514066a的一种基于电子束熔丝增材制造的控制层间温度装置，可实现不需要通过等待散热方式实现温度控制，节约时间，提高生产效率。
5、专利公开号为cn112703099a的一种使用闭环温度控制的用于增材制造的方法及系统，通过感测系统产生的感测信号控制冷却系统的热排除率，以实现高效的温度
6、专利公开号为cn115007969a的一种cmt+p电弧增材制造表面成形质量控制方法，通过分别控制轮廓成形路径和内部扫描路径的工艺参数以及焊枪姿态控制方法，多层堆积成形过程结合层间温度控制实现熔滴稳定过渡和熔池稳定凝固，进而实现几何尺寸精度和表面成形质量控制。
7、专利公开号为cn106180986a的一种电弧增材制造成形质量的主动控制方法，根据熔覆层工艺参数及外加冷却系统控制参数与层间温度及成形质量的关系，建立了成形质量表征量与成形工艺参数的解析模型，为保证电弧增材制造成形良好的表面质量及力学性能。
8、专利公开号为cn110340358a的一种增材制造过程工艺参数梯度调控的方法，解决了现有激光增材制造技术由于逐层打印过程的热累积效应带来的激光成形不稳定的问题。
9、专利公开号为cn110802300a的一种电弧增材制造过程中成型精度与质量控制的设备与方法，解决了电弧增材制造成形件热输入量大，成形精度差的问题，同时保证了成形效率，可以实现电弧增材制造过程中成形精度与质量控制。
10、专利公开号为cn112122741a的一种电弧增材制造过程中的焊道成形控制系统及其参数优化方法，可有效减小熔池变化，提升熔敷过程中的稳定性，通过不断的反馈调节，有效地优化焊接过程中的工艺参数。
11、但是现有针对大多数大型复杂结构结构的仿真方法为传统的自由网格热力耦合有限元方法，由于模型结构的复杂性以及大尺寸，该方法所需网格量巨大（米级工件需要10亿网格）造成计算量巨大、耗时长，且计算过程有明显的几何非线性和材料非线性特征，不易获得收敛结果，因此仅适用于尺寸小、形状结构相对简单构件的应力与应变分析，目前为止，大型-超大型复杂构件电弧增材全过程的热力学有限元仿真因计算成本高而鲜有报道，亟需在有限元理论和方法上寻求新的突破以提高计算效率。
12、鉴于此，针对上述问题，在原有方法的基础上进行创新设计，深入研究，遂有本案产生。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种路径网格拓展的增材制造高效有限元仿真方法，以解决上述
技术介绍
中提出大型-超大型复杂构件电弧增材全过程的热力学有限元仿真计算不便的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种路径网格拓展的增材制造高效有限元仿真方法；
3、所述方法从复杂构件电弧增材工艺的成形路径和自适应体均布热源模型出发，建立工艺-网格拓展生成方法，进而构建自适应体均布热源的工艺-材料-结构耦合计算方法，实现大型复杂构件的电弧增材残余应力与变形仿真。
4、所述自适应体均布热源的工艺-材料-结构耦合计算方法，包括以下步骤：
5、步骤（1），利用cad对三维模型进行分层切片。
6、步骤（2），将复杂的单层整体区域划分为多个相对简单、便于仿真的子区域，对这些子区域分别设计沉积路径。
7、步骤（3），按照沉积路径，确定中心点移动路线，考虑模型的几何特征，依据一定拓扑规则生成网格。
8、步骤（4），根据不同焊道宽度生成自适应体均布热源模型
9、步骤（5），利用生死单元法对子区域进行弹塑性间接热力耦合仿真。
10、优选的，所述方法具体还包括基于路径，将模型划分为编号连续的多个体，由体心位置依据拓扑规则生成结构体网格，将结构体网格按顺序导入ansys求解器，利用生死单元技术模拟电弧增材成形工艺的电弧移动，基于自适应热源映射关系，逐步激活当前承载热输入的单元网格，并赋予材料属性和相应的温度状态，求解大型复杂构件成形过程中的瞬态温度场、应力场与应变场进行工艺参数控制。
11、优选的，所述工艺参数控制包括热源行进速度和原料供给速度以及焊接电流、电压的参数控制。
12、优选的，所述步骤（3）中网格为通过顺序体编号的建模方法建立的顺序体网格，简化建模过程。
13、优选的，所述步骤（3）中的中心点为网格的体心。
14、优选的，所述步骤（4）中热源为自适应体均布热源，实现对不同焊道尺寸的结构的高效的模拟，大大减少仿真的计算量。
15、本专利技术还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述所述方法的步骤。
16、本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述所述方法的步骤。
17、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：该路径网格拓展的增材制造高效有限元仿真方法，突破传统的结构-网格扫掠生成思维，从复杂构件电弧增材工艺的成形路径和自适应体均布热源模型出发，建立工艺-网格拓展生成方法，进而构建自适应体均布热源的工艺-材料-结构耦合计算方法，实现大型复杂构件的电弧增材残余应力与变形仿真；
18、采用自适应体均布热源，实现对不同焊道尺寸的结构的高效的模拟，另一方面，通过顺序体编号的建模方法简化了建模过程，并采用体均布热源，大大减少了仿真的计算量；
19、面向弹塑性的热力耦合有限元建模提出一种工艺路径-网格拓展生成方法，实现大型复杂构件的结构化网格自动生成，进而极大地减少网格数量，提高计算质量和效率，突破大型复杂构件增材制造过程温度场、应力应变场的高保真有限元计算技术，为大型工件应力变形调控提供方法指本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于路径网格拓展的增材制造高效有限元仿真方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种路径网格拓展的增材制造高效有限元仿真方法，其特征在于：所述方法具体还包括基于路径，将模型划分为编号连续的多个体，由体心位置依据拓扑规则生成结构体网格，将结构体网格按顺序导入ANSYS求解器，利用生死单元技术模拟电弧增材成形工艺的电弧移动，基于自适应热源映射关系，逐步激活当前承载热输入的单元网格，并赋予材料属性和相应的温度状态，求解大型复杂构件成形过程中的瞬态温度场、应力场与应变场进行工艺参数控制。
3.根据权利要求2所述的一种路径网格拓展的增材制造高效有限元仿真方法，其特征在于：所述工艺参数控制包括热源行进速度和原料供给速度以及焊接电流、电压的参数控制。
4.根据权利要求1所述的一种路径网格拓展的增材制造高效有限元仿真方法，其特征在于：所述步骤（3）中网格为通过顺序体编号的建模方法建立的顺序体网格，简化建模过程。
5.根据权利要求1所述的一种路径网格拓展的增材制造高效有限元仿真方法，其特征在于：所述步骤（3）中的中心点为网格的体心。>
6.根据权利要求1所述的一种路径网格拓展的增材制造高效有限元仿真方法，其特征在于：所述步骤（4）中热源为自适应体均布热源，实现对不同焊道宽度的结构的高效的模拟，大大减少仿真的计算量。
7.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至6任一项所述方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该程序被处理器执行时实现权利要求1至6任一项所述方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种基于路径网格拓展的增材制造高效有限元仿真方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种路径网格拓展的增材制造高效有限元仿真方法，其特征在于：所述方法具体还包括基于路径，将模型划分为编号连续的多个体，由体心位置依据拓扑规则生成结构体网格，将结构体网格按顺序导入ansys求解器，利用生死单元技术模拟电弧增材成形工艺的电弧移动，基于自适应热源映射关系，逐步激活当前承载热输入的单元网格，并赋予材料属性和相应的温度状态，求解大型复杂构件成形过程中的瞬态温度场、应力场与应变场进行工艺参数控制。
3.根据权利要求2所述的一种路径网格拓展的增材制造高效有限元仿真方法，其特征在于：所述工艺参数控制包括热源行进速度和原料供给速度以及焊接电流、电压的参数控制。
4.根据权利要求1所述的一种路径网格拓展的增材制造高效...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。