[发明专利]一种高性能合金钢选区激光熔化热力耦合行为预测方法

权利要求书

1.一种高性能合金钢选区激光熔化热力耦合行为预测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

第一步：在软件Abaqus中建立包含基板和成形层的三维热力耦合计算模型

在有限元软件Abaqus中建立高性能合金钢三维几何模型，包括基板和成形层，并进行装配；对基板和成形层分别设置材料参数，对于金属实体而言，热物性参数和力学性能参数随温度变化比较显著，在模拟计算中需要考虑其温度依赖性；最后对整个模型进行网格划分，单元类型均为用于Heat Transfer的DC3D8，对成形层网格进行细化，基板上的网格在远离成形层的X、Y、Z三个方向上设置递增份数，使远离成形层的区域变得稀疏；

第二步：设置激光增材制造模型的初始条件和边界条件

在初始步中设置模型的初始温度；定义接触关系，通过生死单元技术实现不同成形层的顺序激活，从而模拟选区激光熔化的真实过程，并对不同接触面定义热边界条件；

第三步：根据实验参数编写用户自定义USDFLD子程序和DFLUX子程序实现成形层实体转变和热源加载；通过自定义USDFLD子程序实现激光增材制造过程中粉末向实体的转化；通过自定义DFLUX子程序实现热源模型按照规划路径的加载过程，从而实现载荷的施加；

第四步：创建作业求解基板和成形层的温度场、应力场分布数值及分布。

2.根据权利要求1所述的一种高性能合金钢选区激光熔化热力耦合行为预测方法，其特征在于，整个合金钢三维几何模型进行细化网格，单元类型均为用于Heat Transfer的DC3D8；基板上的网格在远离成形层的X、Y、Z三个方向上设置为递增份数，即远离成形层的区域变得稀疏。

3.根据权利要求1所述的一种高性能合金钢选区激光熔化热力耦合行为预测方法，其特征在于，设置模型的初始温度，定义接触关系，通过生死单元技术实现不同成形层的顺序激活，使得在第n层粉末熔化和凝固后第n+1层粉末解除抑制；在初始层与基板之间、每个成形层之间以及模型边界与环境温度之间定义热边界条件，包括热对流、热辐射、热传导和相变潜热。

4.根据权利要求1所述的一种高性能合金钢选区激光熔化热力耦合行为预测方法，其特征在于，选区激光熔化是一个粉末迅速转为实体的过程；在模拟时考虑到金属粉末和实体两种状态材料参数不同，需要采用USDFLD子程序实现属性转化；当进行有限元计算到第n层时，双椭球激光热源已经扫描的区域迅速达到熔点变为实体状态，定义FIELD＝1；未扫描的区域仍为粉末状态，定义FIELD＝0。

5.根据权利要求1所述的一种高性能合金钢选区激光熔化热力耦合行为预测方法，其特征在于，选区激光熔化过程是激光热源从某一起点沿着一定路径移动到某一终点，其中起点、终点及移动路径都是通过坐标定义；每一点的热源加载同样是通过坐标定义，在DFLUX子程序中将热源函数表达式进行改写，xt、yt、zt为t时刻热源中心坐标。