[发明专利]金属液滴多层沉积过程的周期间隔优化方法

摘要

本发明公开了金属液滴多层沉积过程的周期间隔优化方法，可以降低因凝固时间分布离散导致的热应力分布不均问题，避免样件生产后出现变形或失效。本发明首先采用生死单元法与格子玻尔兹曼方程，建立金属液滴多层铺展过程的数值模型。根据样件几何结构和材料热物性参数，对样件中金属单元的相变过程进行模拟。将数据进行后处理，得到每个单元的凝固时间，计算该沉积周期方案下的凝固时间标准差。根据样件几何结构和所得凝固时间分布情况，对原有沉积周期模式进行调整，重复模拟和后处理步骤，并将所得凝固时间标准差与原方案对比。反复调整沉积周期方案，根据实际生产需要得到最优化的周期间隔方案。

主权项

1.金属液滴多层沉积过程的周期间隔优化方法，该方法通过建立数值模型、计算凝固时间分布和优化沉积周期间隔三步，实现金属液滴沉积制造技术的沉积周期间隔优化；其特征在于：该方法包括以下步骤，1)建立数值模型：采用生死单元法与格子玻尔兹曼方法相结合，建立金属液滴多层铺展过程的数值模型；该数值模型采用基于焓的传热格子玻尔兹曼方程模拟系统中的传热过程，以及基于密度的运动格子玻尔兹曼方程模拟流体的运动过程；采用浸没边界法设置相变界面上的边界条件；数值模型传热边界条件采用一阶差分反弹格式，运动边界条件采用具有二阶精度的非平衡态反弹格式；根据样件实际结构和尺寸建立几何模型，并输入实际材料热物理参数进行模拟，通过实验验证模型的可靠性和准确性；用所得数值模型对沉积不同的周期间隔进行模拟，将每个金属单元的三维坐标、温度、相变率分别保存；2)计算凝固时间分布：按坐标对数据分类，并统计每个坐标下相变率大于0的数据个数，根据时间步长换算成实际时间；将结果分别保存至相应的坐标下，得到关于凝固时间的三维矩阵；计算样件内所有单元的凝固时间标准差，得到凝固时间分布的离散化程度；3)优化沉积的周期间隔：根据凝固时间分布规律，对沉积周期进行修改，并重新进行模拟和后处理过程，得到新的凝固时间分布和离散化程度；经过对比得到凝固时间分布离散化程度较小的方案，直到满足实际生产需要。