[发明专利]金属增材制造多尺度多物理场耦合仿真方法

摘要

本发明提供了一种金属增材制造多尺度多物理场耦合仿真方法，该方法包括以下步骤：S1，建立金属增材制造工艺数据模型；S2，在微观尺度上，通过第一性原理计算软件开展第一性原理计算，获取增材金属材料的微观物理性质；S3，建立增材金属材料的N×N×N超晶胞模型，通过分子动力学仿真软件开展分子动力学仿真计算；S4，在介观尺度上，对电子束或者激光加热金属粉末熔化过程中产生的等离子进行研究；S5，利用流‑热‑固‑磁多物理场耦合仿真平台进行仿真计算；S6，建立针对不同缺陷种类及分布情况的工艺参数反馈控制模型，优化金属增材制造工艺参数。本发明通过多尺度多物理场耦合仿真的手段，形成宏微观一体化的金属增材制造产品质量预测体系。

主权项

1.一种金属增材制造多尺度多物理场耦合仿真方法，用于对金属增材制造过程中产生的显微组织演化、冶金缺陷的形成与发展、加工气体成分影响机制、金属粉末颗粒溅射以及残余应力与变形进行多尺度多物理场耦合仿真模拟，其特征在于，该方法包括以下步骤：/nS1，通过动态数据建模的方式，建立金属增材制造工艺数据模型，其中包括增材材料数据库、工艺方法数据库、工艺参数数据库、设备技术参数数据库、工艺标准规范数据库和缺陷诊断数据库；/nS2，在微观尺度上，基于量子力学理论，通过第一性原理计算软件开展第一性原理计算，获取增材金属材料的微观物理性质；/nS3，基于第一性原理计算结果，建立增材金属材料的N×N×N超晶胞模型，进一步采用分子动力学理论，通过分子动力学仿真软件开展分子动力学仿真计算，获取金属的熔化、汽化和凝固相变特性，获取加工气体成分影响机制，以及获取孔洞、裂纹、残余应力与变形这些微观缺陷特征；/nS4，在介观尺度上，基于等离子体理论和PIC算法，对电子束或者激光加热金属粉末熔化过程中产生的等离子进行研究，获取等离子体的电子能量、惯性聚变能、等离子体加速效应及其产生的影响机制；/nS5，在宏观尺度上，采用三维几何建模软件创建金属增材制造三维几何模型，使用有限元网格划分软件划分有限元网格；利用流-热-固-磁多物理场耦合仿真平台，模拟增材制造过程中的流场、温度场、磁场、应力场和结构变形特性，研究金属材料的熔化与凝固、金属粉末颗粒的溅射、孔洞和裂纹的形成与发展以及残余应力与变形情况；/nS6，基于多尺度多物理场耦合仿真结果，对金属增材制造过程中的孔洞、裂纹、残余应力与变形这些缺陷进行定性、定量分析，并进行分类与归纳整理；建立针对不同缺陷种类及分布情况的工艺参数反馈控制模型，优化金属增材制造工艺参数。/n