[发明专利]高精度预置式激光熔覆涂层温度场仿真方法

权利要求书

1.一种高精度预置式激光熔覆涂层温度场仿真方法，它包括以下步骤：

(1)在ANSYS软件中建立预置层和基材的几何模型；

(2)根据熔覆前后熔覆材料的物性参数和基材物性参数，定义材料属性：

对于预置层，定义三种材料属性，分别为材料属性1、2和3，每种材料 属性包括比热容、密度、热导率和表面换热系数；材料属性1对应着熔化前 的预置层材料属性；材料属性2对应着熔化后的预置层材料属性；材料属性 3为气孔模型单元的材料属性，并定义密度和比热容为0，表面换热系数为0， 热导率为正交类型，即只进行垂直方面的传热，没有横向的传热；

其中材料属性2为已知值，根据材料属性2的物性参数，材料属性1的 物性参数数值通过以下公式折算得到：

X1X2=1-φ1+φ]]>

式中：X₁为熔化前预置层材料的物性参数，

X₂为预置层熔化后的物性参数，

φ是压片的气孔率；

对于基材，只定义一种材料属性，材料属性编号为4，基材熔化前后对应同 一种物性参数；

(3)根据定义的材料属性进行网格划分；

(4)设置接触热阻；

(5)热源加载及温度场求解；

其特征是：

(1)在建立预置层的几何模型时分别建立预置层的冶金化几何模型和气 孔几何模型，它们的几何形状都是长方体，并且冶金化几何模型在气孔几何 模型的上面，它们的高度关系满足以下条件：

H_冶+H_气＝H

式中：H_冶为冶金化几何模型的高度，其大小等于熔覆层的厚度；

H_气为气孔模型的高度；

H为预置层的厚度；

(2)在预置层和基材的接触表面上设置“间隙接触”和“冶金化结合 接触”两个接触对，两个接触对分别对应着两个接触热导率，接触热导率等 于接触热阻的倒数，利用生死单元技术使较大的接触热阻起作用，而较小的 接触热阻不起作用，

间隙接触和冶金化结合接触热阻计算公式如下：

Rt=2hfk1λ1+k2λ2+k3λ3]]>

式中：R_t为接触热阻(m²·℃/W)

h_f为接触表面的轮廓最大高度(m)

λ₁、λ₂和λ₃分别为粉末片、基材和空气的热导率(W/m·℃)

k₁、k₂和k₃是常数，k₁和k₂在0～0.5之间，分别反映粉末片和基 材的热导率，热导率越大，k₁和k₂就越大；对于间隙接触k₃＝0.696，对于冶 金结合k₃＝0。

2.根据权利要求1所述的高精度预置式激光熔覆涂层温度场仿真方法，其特 征是所述的热源加载及温度场求解过程为：

一次加载热源，设定一个热源加载的时间，进行一次温度场求解；

一次求解结束后，进行材料属性改变和接触热阻改变的判断，材料属性 改变过程：判断冶金化仿真模型中单元的节点是否全部达到预置层的熔点， 若达到，则单元材料属性发生改变，否则不发生改变；若与气孔仿真模型单 元相连接的冶金化仿真模型单元已改变材料属性，则气孔仿真模型单元也改 变材料属性；接触热阻改变过程：若预置层或基材的接触表面上的原死单元 中全部节点温度达到预置层或基材的熔点，原死单元改变成活单元，以同样 的条件把原活单元变成死单元；

再次载热源，设定一个热源加载时间，进行温度场求解；

以上热源加载，温度场求解，材料属性改变和接触热阻改变的判断，再 次加载热源和进行温度场求解，这是一个多次循环过程，通过循环语句实现 以上循环功能；

将每个时刻求解出的温度场将存入结果文件中，可以根据时间来查看某 时刻的温度场。