[发明专利]一种预测TIG增材与轧制复合制造件残余应力及变形的方法

说明书

本发明提供了一种预测TIG增材与轧制复合制造件残余应力及变形的方法，包括：利用Creo软件建立三维几何模型、利用Hypermesh软件划分网格、基于Abaqus软件建立温度场有限元模型及求解、基于Abaqus软件建立静力分析有限元模型及求解。本发明以Abaqus通用软件为平台，开发了TIG增材与轧制复合制造的残余应力及变形的数值模拟建模方法，实现了TIG增材与轧制复合制造零件残余应力及变形的预测，可为压下量、轧制温度等工艺参数的优选提供参考。

技术领域

本发明涉及电弧增材与轧制复合制造零件的残余应力及变形预测技术领域，特别涉及一种预测TIG增材与轧制复合制造件残余应力及变形的方法。

背景技术

TIG增材制造技术基于离散、堆积的思想，基于零件的三维模型数据，通过电弧热熔化焊丝，进行逐点堆积、逐层熔覆以制造实体零件。与选区电子束熔化技术、电子束熔覆成形、激光熔覆成形技术等相比，TIG增材制造技术具有熔覆率高、成本低、适用于大尺寸零件的制造等优点。但是，TIG增材制造过程中在凝固、冷却阶段因急剧加热、冷却会形成较大的残余应力，严重的甚至会造成零件变形开裂，而且熔覆层微观组织梯度大，成形件的力学性能较差。这些不足在严重制约了TIG增材制造的推广、应用。为此，国、内外学者提出了增材与轧制复合制造工艺，并通过试验证明了此工艺的可行性。

目前，获取TIG增材与轧制复合制造所得零件的残余应力、变形的方法有实验测量、数值模拟两种方法。其中，实验测量仅能获得部分点的残余应力，无法在不损坏零件的条件下获得其内部的残余应力，而且残余应力的测量误差较大；数值模拟则可以获得表面、内部点的残余应力、变形、塑性应变等详细数据，进而为轧辊压下量、轧制温度等工艺参数的优选提供依据。然而，尚未有以Abaqus通用软件为平台，开展TIG增材与轧制复合制造316L不锈钢零件的残余应力及变形的数值模拟的研究报道。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种预测TIG增材与轧制复合制造件残余应力及变形的方法，其能够实现TIG增材与轧制复合制造316L不锈钢零件的残余应力和变形的预测，为相关机理的研究、工艺参数的制定提供参考。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种预测TIG增材与轧制复合制造件残余应力及变形的方法，包括以下步骤；

步骤一：利用Creo软件建立三维几何模型；

(1)分别建立轧辊、基体、各熔覆层的三维几何模型，每道熔覆层建立一个与之配合的轧辊，并将轧辊、基体、熔覆层组装成装配体；

(2)将装配体输出为.stp格式的文件，名称为Assemble；

步骤二：利用Hypermesh软件划分网格；

(1)将.stp格式的文件导入到Hypermesh网格划分软件中，并对三维装配体模型进行几何清理，删除、合并装配体模型中多余的点、线、面；

(2)将各熔覆层划分为六面体网格，沿熔覆层长度方向的网格尺寸为1秒钟所沉积熔覆层长度的1/3，对每道熔覆层的单元创建对应的体网格集合，依次命名为：W₁、W₂、W₃、……，W_i，i为熔覆层的层数；

(3)以距熔覆层边缘1.5倍的熔覆层宽度为界线，将基体沿长度、宽度方向切分为邻近熔覆层区域、远离熔覆层区域两部分，在邻近熔覆层区域网格布置相对细密，在远离熔覆层区域网格布置稀疏，采用网格过渡的方式确保邻近熔覆层区域、远离熔覆层区域的节点连续，将基体网格置于网格集合substrate内；

(4)将各轧辊划分为六面体网格，并将其依次置于网格集合Z₁、Z₂、Z₃、……，Z_i内，i为熔覆层的层数；