[发明专利]一种激光3D打印随机分布粉末熔池热行为有限元分析方法

权利要求书

1.一种激光3D打印随机分布粉末熔池热行为有限元分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、在介观尺度下建立粉末颗粒的三维随机分布堆垛模型，所述三维随机分布粉末颗粒堆垛模型通过向介观尺度下粉床部分及其上方空气区域组成的计算区域内随机填充粉末颗粒形成；

B、构建以上所述三维随机分布颗粒堆垛模型的控制方程；

C、采用多相流算法，通过控制方程约束条件解算所述三维随机分布颗粒堆垛模型以获取熔化流动过程。

2.如权利要求1所述的一种激光3D打印随机分布粉末熔池热行为有限元分析方法，其特征在于，所述步骤A在介观尺度下建立仅含有一种粉末的三维随机分布颗粒堆垛模型，主要采用如下方法：

对计算区域内准备填充单一粉末颗粒的区域进行局部的网格细分，而未填充的上方空气区域材料用粗网格划分；

初始化所有计算区域得到介观尺度下单一粉末粉床的三维随机分布颗粒堆垛模型。

3.如权利要求1所述的一种激光3D打印随机分布粉末熔池热行为有限元分析方法，其特征在于，所述步骤B中构建的三维随机分布颗粒堆垛模型有如下控制方程：

质量守恒方程：

能量守恒方程：

动量守恒方程：

其中，ρ、P、T分别为密度、压强、温度，u、v、w分别为x、y、z方向上的流体运动速度，k为导热率，μ为液体粘度，t为时间，为哈密顿算子，h为能量守恒方程上的源项，S_x、S_y、S_z分别为动量守恒方程中x、y、z方向上的源项。

4.如权利要求1所述的一种激光3D打印随机分布粉末熔池热行为有限元分析方法，其特征在于，所述步骤C的具体实现方法为：首先确定模型边界条件以及热源加载方式，然后采用上述质量、能量、动量守恒方程求解压力耦合，进行迭代求解直至控制方程收敛。