金属激光立体成型热应力场的参数化有限元模型

简介：
本研究构建了金属激光立体成型过程中的热应力场参数化有限元模型，旨在精确模拟和预测该工艺中材料的变形与残余应力分布情况。通过调整输入参数，此模型能够优化制造参数以减少零件缺陷，提升复杂几何结构件的质量和性能。 针对金属材料的激光立体成形（MLSF）工艺，我们利用大型有限元分析工具Ansys及其二次开发语言APDL，建立了温度场和应力场的参数化有限元模型。该模型综合考虑了随温度变化的材料非线性、高斯激光能量分布、对流/辐射换热边界条件、相变以及自由变形约束等一系列因素。 通过采用过渡网格划分技术，在提高计算精度的同时显著减少了单元数目，从而实现了金属激光立体成形过程的整体建模。利用移动热源和单元生死技术，有效仿真了激光成形过程中产生的温度场与应力场，并准确揭示了塑性压缩区、塑性拉伸区及卸载区等区域的形成原因。 使用该参数化模型能够方便地研究不同工艺条件以及材料对金属激光立体成形过程中的热应力分布的影响。