[发明专利]一种选择性激光修复过程的数值模拟方法

权利要求书

1.一种选择性激光修复过程的数值模拟方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

第一步：建立修复零件及待修复区三维几何模型，对建立的三维几何模型进行有限元网格划分；

第二步：待第一步完成后，通过修复区形貌确定修复区域所需的层高、修复道数、激光最优功率参数及电流脉宽参数；

第三步：待第二步完成后，对修复零件及修复区粉末材料参数进行前处理，并建立热源加载条件；

第四步：待第二步和第三步完成后，对热源参数进行定义，并利用生死应变法求得最终的温度场；

第五步：在第四步求得三维几何模型的温度场的基础上，采用间接法求解修复结束后整个修复零件及修复区的残余应力场；

第六步：根据第五步应力分布的计算结果，判断修复区的最大等效应力是否达到粉末材料的许用应力；若未达到，修复零件理论条件下不会产生裂纹；若达到，修复零件具有产生裂纹的安全隐患。

2.根据权利要求1所述的一种选择性激光修复过程的数值模拟方法，其特征在于，所述第一步具体按照以下方法实施：

在CAD软件中建立修复零件及待修复区的三维几何模型，并导入CAE二次开发子程序中，对所建立的三维几何模型进行网格划分，网格划分采用局部网格细化法进行划分，最大网格尺寸不能高于设定网格尺寸；

在修复区的修复热影响区部分用加密的全六面体网格，即六面体网格单元尺寸为修复模型包络体的边长的0.01-0.008倍；在远离修复热影响区的区域，采用网格单元为加密的全六面体网格的4-5倍单元的网格；所述零件及其修复区域的单元网格要控制在0.5mm以下。

3.根据权利要求1所述的一种选择性激光修复过程的数值模拟方法，其特征在于，所述第三步中：

对于修复零件及修复区粉末材料高温下的导热系数、热辐射系数、对流换热系数、相变潜热与热焓相关的非线性情况，均通过二次开发脚本化的手段实现自定义；

对第一步中的三维几何模型建立三维热传导方程，设置三维热传导方程的初始条件、边界条件；

选取热源计算公式为双椭球形热源函数、高斯函数两者综合起来；

内部体热源为双椭球热源，具体如下式：

q ( x , y , z , t ) = 6 3 f w Q a b c π π exp ( - 3 x 2 a 2 ) exp ( - 3 y 2 b 2 ) exp ( - 3 [ Z + υ ( τ - t ) 2 ] a 2 ) - - - ( 1 ) ; ]]>

式(1)中：fw为每个椭球的权重；Q为输入的热量；a，b，c为热源模型椭球长短轴、高度的的大小；

外部表面热源选用高斯热源分布：

q ( r ) = 3 q πR 2 exp ( - 3 r 2 R 2 ) - - - ( 2 ) ; ]]>

式(2)中：q为输入热量；R为激光有效的加热半径；r为所求点到加热半径中心的长度。