申请/专利权人：北京工业大学

申请日：2020-11-09

公开（公告）日：2024-06-18

公开（公告）号：CN112528570B

主分类号：G06F30/28

分类号：G06F30/28;G06F30/27;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.18#授权;2021.04.06#实质审查的生效;2021.03.19#公开

摘要：本发明公开了基于Python用格子Boltzmann方法进行激光粉末床熔化过程的模拟方法，完全依托Python语言及Numpy、Mayavi等扩展包实现建模、计算和数据可视化的全过程。与传统CFD方法不同，此方法无需基于连续性假设，只需将运算点视为可相互碰撞‑传递的粒子，能够高效的求解且可通过Python代码高度灵活的定制模拟需求。本发明的数值模拟方法，提供了新思路，得到了打印过程中轮廓扫描对实体扫描的影响以及在激光转角处的温度场以及流场情况，为工艺参数的优化提供参考，同时作为一种高效的数值模拟方法，旨在为单层多道激光粉末床熔化过程熔池的温度场和流场分析提供一种新型解决方案。

主权项：1.基于Python用格子Boltzmann方法进行激光粉末床熔化过程的模拟方法，其特征在于，所述模拟方法包括如下步骤：第一步：建立1.5mm×1.5mm×0.5mm的激光粉末床熔化几何模型，并规划扫描路径；第二步:划分格子单元，初始化D3Q15模型；第三步:对热物理参数进行无量纲转换和归一化处理，并对各物理量进行矩阵的创建和初始化处理；第四步：建立沿z轴方向能量衰减，xy平面呈高斯分布的激光体积热源模型；第五步：添加能量和动量边界条件；第六步：使用Python耦合迭代求解基于格子Boltzman方法的能量与动量传输方程，得到不同时刻不同位置的分布函数；第七步：对得到的数据进行可视化处理，绘制温度场和流场随时间演变图形；所述第六步具体按照以下方法实施：1基于格子Boltzmann方法，采用Python语言基于传统能量方程，引入焓变、潜热以及液相体积分数，从能量连续变化的角度模拟相变过程，编写基于焓变的能量守恒方程；2基于格子Boltzmann方法，采用Python语言编写含浮力，表面张力，固-液界面力的动量守恒方程，其中浮力fb＝ρβT-T0g,ρ为材料密度,g为重力加速度,β为热膨胀系数；固-液界面力为流体速度,为界面处速度,fl为液相体积分数,△t为时间步长；表面张力:γ为表面张力系数,κ为界面曲率,为表面法向量,表示以温度为自变量的表面张力系数组成的表面张力引起的Marangoni效应；3设置初始时间步k＝0以及仿真的总时间步数设置好轮廓扫描激光功率、实体扫描激光功率、轮廓扫描激光速度、轮廓扫描激光速度、光斑间隔、轮廓与实体光斑间隔加工参数后按照规划好的扫描路线加载高斯体积激光热源；4Python程序初始化，使程序刚开始运行带入的值为第三步设定的初始温度T0,初始速度vx、vy、vz,初始焓h0,初始密度ρ0物理量的初始化值；5判断k是否到最后一步即k是否大于N，如果k≤N,则进入程序的主体运算：按照格子Boltzmann方法的“碰撞-传递”的计算逻辑，首先进行碰撞过程，获得在温度、焓、密度、比热容、液相体积分数、外力项影响下导致变更的密度分布函数fin以及能量分布函数gin，然后执行传递过程，最后将分布函数fin以及gin进行累加，获得加工过程中的宏观速度场和温度场，并将宏观速度场和温度场继续带入迭代执行“碰撞-传递”过程，直到运算结束。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 北京工业大学 基于Python用格子Boltzmann方法进行激光粉末床熔化过程的模拟方法

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