[发明专利]高能束增材制造有限元热力耦合模型的校验方法及其数据测量装置

摘要

本发明展示高能束增材制造有限元热力耦合模型的校验方法及其数据测量装置，其装置，包括工作台，以及安装在工作台上的夹具系统和数据采集系统；其校验方法，如下，1，对高能束增材制造加工中的熔覆过程及热‑变形‑应变实时实验测量；2，建立模型框架，输入材料属性并划分网格；完成了有限元温度场的校准；3，设置力场边界条件并将校准的温度场结果作为力场计算的初始条件，得到基板变形及应变场结果；完成有限元力场的校准；即完成了高能束增材制造有限元热力耦合模型的校准。本发明既能为高能束增材制造的模拟仿真提供可靠的实验数据，有能为建立有效控制基板和成形件变形的工艺方法提供科学指导，促进增材制造技术获得更广泛的应用。

主权项

1.高能束增材制造有限元热力耦合模型的校验方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤1，将校验数据测量装置初始化，对高能束增材制造加工中的熔覆过程及热‑变形‑应变实时实验测量；数据记录仪采集热电偶测温数据和位移传感器的位移信号，热成像采集系统收集温度场信号，三维数字动态散斑应变测量数据采集系统收集应变场信号；步骤2，建立高能束增材制造有限元热力耦合模型框架，输入材料属性并划分网格；然后根据经验设置初始温度场边界条件，利用所建立的模型模拟计算成形过程的温度场，将模拟结果与热电偶测温数据及热成像采集系统所测的温度场结果进行对比分析，根据模拟与实验测量结果差异调整温度场边界条件，直到模拟结果与实验测量结果匹配，完成了有限元温度场的校准；步骤3，根据实验加工过程设置力场边界条件并将校准的温度场结果作为力场计算的初始条件，利用模型模拟计算成形过程的力场演化过程，得到基板变形及应变场结果；将模拟的基板变形及应变场结果与实验所测的基板变形和应变场结果进行对比分析，依据误差调整力场边界条件，直到模拟结果能与实验测量结果匹配，完成了有限元力场的校准；即完成了高能束增材制造有限元热力耦合模型的校准；其中，所述的校验数据测量装置，包括工作台，以及安装在工作台上的夹具系统和数据采集系统；所述的夹具系统包括依次从上向下固定设置的基板固定板(2)、上支架(3)和下支架(5)；基板固定板(2)固定在上支架(3)上端单边夹持固定基板(13)，上支架(3)和下支架(5)之间固定夹持设置与基板(13)平行设置的位移传感器固定板(8)；上支架(3)的一侧固定设置热电偶测温架(17)；所述的数据采集系统包括通过热电偶测温架(17)设置在热电偶测温点的热电偶(9)，固定在位移传感器固定板(8)上的位移传感器(10)，与热电偶测温架(17)相对设置的三维数字动态散斑应变测量仪，以及与上支架(3)相对设置的热成像仪(11)；位移传感器(10)的测量头设置在基板下端，三维数字动态散斑应变测量仪和热成像仪(11)的采集端均对准基板(13)和加工区。