[发明专利]有限元模拟方法及系统、计算机设备及存储介质

说明书

本申请公开一种有限元模拟方法、系统，计算机设备以及计算机可读存储介质；通过依照时间步将打印路径离散为多个分段，在每一分段内设置基本单元并依照打印的时间序列激活，在模拟打印的过程中，并考虑了材料的温度相关松弛行为以及流动剪切现象，在基本单元表面设置热学接触与力学接触，耦合温度场与应力场进行计算，通过热‑力‑化学全耦合有限元模拟方法获得贴近于实际打印的结果；再者，考虑了初始残余应力进行打印过程模拟，可用于分析初始残余应力导致的打印件变形的状况，由计算获得的温度数据与应变数据可评价不同打印参数设置下的打印物件性能，所述有限元模拟方法即可提供数据以支持对打印参数的调整。

技术领域

本申请涉及计算机数据处理领域，尤其涉及一种针对熔融沉积打印的有限元模拟方法、系统，计算机设备以及计算机可读存储介质。

背景技术

现有的熔融沉积打印切片软件中，采用纯几何的方式确定打印路径和打印参数，无法有效保证打印速度和最终打印产品的性能如形状畸变、层间粘接、弹性模量和强度等。基于现有的切片技术的对打印过程进行分析以及对获得的物件进行性能评价以调整打印路径与打印参数，难以实现对打印过程的材料温度场与应力场变化状态的追踪，同时需要承担高昂的经济成本与时间成本。

发明内容

鉴于以上所述相关技术的缺点，本申请的目的在于提供一种有限元模拟方法、系统，计算机设备以及计算机可读存储介质，以解决现有技术中难以实现对打印过程的材料温度场与应力场变化状态的追踪，同时需要承担高昂的经济成本与时间成本等技术问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请公开一种物件三维模型的有限元模拟方法，包括以下步骤：读取所述物件三维模型的G-Code数据及设置的打印信息，所述打印信息包括打印材料的属性信息；依据预设的时间步离散所述G-Code数据中的打印路径，获得每一时间步的起点及终点的位置信息；依据所述打印路径的打印时间序列确定每一时间步需要激活的基本单元，所述基本单元是基于所述物件三维模型预设的；依据所述打印路径的打印时间序列及确定的时间步依序激活所述物件三维模型中的基本单元；利用预设的模型对所述物件三维模型中被激活的各基本单元进行耦合模拟计算，以获得描述所述物件三维模型在打印过程中所述打印材料随时间变化的动态温度场分布和/或动态残余应力场分布的模拟结果。

在本申请第一方面的某些实施方式中，所述G-Code数据包括打印头的打印路径、打印头的移动速度、打印材料输出速度、打印材料加热温度、打印设备的构件板加热温度中的一种或多种信息。

在本申请第一方面的某些实施方式中，所述打印信息还包括设备参数信息，所述设备参数信息包括：打印基板温度、打印腔室温度、挤出头直径、挤出头温度、丝材最高加热温度。

在本申请第一方面的某些实施方式中，所述打印材料的属性信息包括丝材类型、丝材直径、及丝材截面形状中的一种或多种信息。

在本申请第一方面的某些实施方式中，所述依据预设的时间步离散所述G-Code数据中的打印路径，获得每一时间步的起点及终点的位置信息的步骤包括：为所述G-Code数据中的打印路径建立坐标系；自所述G-Code数据中获取所述打印路径的打印顺序及打印速度，以获得所述打印路径的打印时间序列；依据预设的时间步将所述打印路径进行网格划分，以离散为多个分段，以使各该分段对应其预设的时间步；记录每一时间步的起点坐标和终点坐标。

在本申请第一方面的某些实施方式中，所述的依据所述打印路径的打印时间序列确定每一时间步需要激活的基本单元的步骤中，所述基本单元为杆单元。

在本申请第一方面的某些实施方式中，所述有限元模拟方法还包括：依据所述物件三维模型中的当前打印层与上一打印层之间的相对位置，在所述当前打印层的杆单元与对应的上一打印层的杆单元之间建立传热接触和/或力学接触的步骤。

在本申请第一方面的某些实施方式中，所述建立传热接触和/或力学接触的步骤为在所述物件三维模型中的当前打印层的杆单元与对应的上一打印层的杆单元之间建立层间粘合。