买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：哈尔滨工业大学

摘要：一种基于有限元预测增‑减‑增‑减材复合制造的应力场和温度场演变的方法，涉及金属制造领域与后续的减材加工以及再次增材并进行减材的重复过程，本发明方法包括：三维模型的建立、模型的导入、材料属性的指派、装配体的建立、网格划分、分析步的设置、相互作用设置、载荷设置、作业设置的设置、减材网格处理与应力提取。本发明能够对增‑减‑增‑减材复合制造的应力场和温度场进行整体预测与动态模拟，有助于预测加工过程中可能出现的变形、残余应力等问题，从而提高生产过程中的精度和成品质量。

主权项：1.一种基于有限元预测增-减-增-减材复合制造的应力场和温度场演变的方法，其特征在于：基于有限元预测增-减-增-减材复合制造的应力场和温度场演变的方法按照以下步骤进行：步骤一、第一次增材的模型建立与导入：通过三维建模软件对增材制造所需的增材制造块体和铣削加工过程中的铣刀形状进行模型的建立，并将模型导入ABAQUS有限元分析软件中；步骤二、第一次增材的材料属性的指派：通过ABAQUS有限元软件的属性模块对增材制造块体进行截面的创建，并将材料属性赋予所创建的截面；所述材料属性包括增材制造块体的密度、杨氏模量、泊松比、比热容、导热率和热膨胀系数；步骤三、第一次增材的装配体的建立：通过ABAQUS有限元软件的装配模块对增材制造块体进行装配；步骤四、第一次增材的网格的划分：通过ABAQUS有限元软件的网格模块对增材制造块体进行网格的划分；并设置增材制造块体的单元类型；所述设置增材制造块体的单元类型为DC3D8R；步骤五、第一次增材的分析步的设置：通过ABAQUS有限元软件的分析步模块设置分析步为“温度-位移，耦合”，并对“温度-位移，耦合”分析步进行设置；所述“温度-位移，耦合”分析步的设置包括：时间长度、每载荷步允许的最大温度改变值、每载荷步允许的最大辐射改变值、增量步大小；“温度-位移，耦合”分析步场输出请求设置为NT11,S,U,LE，并设置频率均匀时间间隔为200，设置分析步重启动输出请求，间隔设置为1；步骤六、第一次增材的相互作用设置：通过ABAQUS有限元软件的相互作用模块设置相互作用为modelchange，相互作用位置为增材制造块体；同时通过相互作用模块设置空腔辐射与表面辐射；并设置模型的基础属性；所述空腔辐射值与表面辐射数值为测试增材制造块体得到的真实测试值数据，测试的环境温度设置为20℃；空腔辐射值设置为0.05，表面辐射数值设置为0.6；模型的基础属性包括模型的绝对零度和玻尔兹曼常数；所述模型的绝对零度设置为-273.15℃；所述玻尔兹曼常数设置为5.67E-11；步骤七、第一次增材的载荷设置：通过ABAQUS有限元软件的载荷模块设置热源的加载形式为体热源，热源形式设置为双椭球热源；步骤八、第一次增材的作业设置：通过ABAQUS有限元软件的作业模块创建作业，在通用步骤中调用子程序文件，并在并行阶段设置使用多核处理器进行计算，进行增材制造模拟，得到增材制造后的模型；并输出增材制造的温度场与应力场数据；步骤九、第一次减材的增材模型的导入：导入步骤八减材制造后的模型，该模型格式是*.odb文件；步骤十：通过ABAQUS有限元软件的属性模块，设置减材制造块体材料属性，并设置材料属性随温度变化而改变；所述设置增材制造块体材料属性包括：热传导率，JohnsonCook损伤模型、损伤演化、密度、弹性、热膨胀系数、塑性、比热容；步骤十一、第一次减材的装配体的建立：通过ABAQUS有限元软件的装配模块对铣刀模型和减材制造块体模型进行装配，设置铣刀位置、铣削方向、铣削量、加工位移距离、旋转方向、旋转转速；所述铣刀位置为增材制造块体顶部；铣削方向为X方向，其他方向自由度为0；铣削量为铣削顶部1mm的铣削量；加工位移距离X方向4cm；旋转方向为Z轴逆时针；旋转转速为150转每秒；步骤十二、第一次减材的网格的划分：通过ABAQUS有限元软件的对减材制造块体三维模型和铣削过程中铣刀三维模型进行网格的划分；并设置减材制造块体三维模型单元类型和设置铣削过程中铣刀三维模型单元类型；所述设置减材制造块体三维模型单元类型为C3D8T，设置铣削过程中铣刀三维模型单元类型为C3D4T；步骤十三、第一次减材的分析步的设置：通过ABAQUS有限元软件的分析步模块设置分析步为“动力，温度-位移，耦合”；并设置分析步的时间长度和质量缩放系数；并打开分析步的重启动请求；步骤十四、第一次减材的相互作用设置：通过ABAQUS有限元软件的相互作用模块创建减材制造块体三维模型与铣削中铣刀三维模型的表面接触，同时创建铣刀模型的约束；所述创建减材制造块体三维模型与铣削中铣刀三维模型的表面接触时将表面接触属性中的切向行为中的摩擦系数设置为0.25，法相行为中压力过盈设置为硬接触；所述创建铣刀模型的约束时设置铣刀为刚体；步骤十五、第一次减材的载荷设置：通过ABAQUS有限元软件的载荷模块设置基板的约束；并设置铣削铣刀的位移距离、旋转方向、旋转转速；并设置预定义场；所述设置基板的约束时将基板底部设置为完全约束，自由度为0；所述设置铣刀X向位移距离为5cm、旋转方向为沿Z轴逆时针旋转、旋转转速为150转每秒；所述设置预定义场导入步骤八中第一次增材制造的应力场与温度场；步骤十六、第一次减材的作业设置：通过ABAQUS有限元软件的作业模块创建作业，并在并行阶段设置使用多核处理器进行计算；并输出减材制造的温度场与应力场数据；步骤十七、第二次增材的减材网格处理与应力提取：通过ABAQUS有限元软件的后处理模块对减材表面失效网格进行删除，并进行网格重构；所述网格重构使用可视化模块中的ReportGenerator，并在ABAQUS中的网格模块使用网格修改命令进行网格的增加，增加2mm高度的增材层，并进行二次切分；步骤十八、第二次增材的模型建立与导入：导入步骤十七进行网格重构后的模型，该模型格式是*.odb文件；步骤十九、第二次增材的材料属性的指派：通过ABAQUS有限元软件的属性模块对增材制造块体进行截面的创建，并将材料属性赋予所创建的截面；所述材料属性包括增材制造块体的密度、杨氏模量、泊松比、比热容、导热率和热膨胀系数；步骤二十、第二次增材的装配体的建立：通过ABAQUS有限元软件的装配模块对第二次增材制造块体进行装配；所述通过ABAQUS有限元软件的装配模块对第二次增材制造块体进行装配包括：将经过减材制造并已完成网格填充构造的增材制造块体作为独立的实体导入到ABAQUS的装配体零件中，随后为了优化分析精度或适应新的分析需求，利用ABAQUS的可视化模块中的ReportGenerator工具来审查当前网格状态，并在网格模块中通过网格修改命令对导入的块体进行必要的网格增加操作，以确保装配体的网格质量满足分析要求；步骤二十一、第二次增材的网格的划分：通过ABAQUS有限元软件的网格模块对增材制造块体进行网格的划分；所述对增材制造块体进行网格的划分时进行六面体网格的划分，同时指派单元类型为DC3D8R；步骤二十二、第二次增材的分析步的设置：通过ABAQUS有限元软件的分析步模块设置分析步为“温度-位移，耦合”，并对“温度-位移，耦合”分析步进行设置；所述“温度-位移，耦合”分析步的设置包括：时间长度、每载荷步允许的最大温度改变值、每载荷步允许的最大辐射改变值、增量步大小；“温度-位移，耦合”分析步场输出请求设置为NT11,S,U,LE，并设置频率均匀时间间隔为200，设置分析步重启动输出请求，间隔设置为1；步骤二十三、第二次增材的相互作用设置：通过ABAQUS有限元软件的相互作用模块设置相互作用为modelchange，相互作用位置为二次增材制造块体；同时通过相互作用模块设置空腔辐射值与表面辐射值、设置模型的基础属性、第二次增材的相互作用场；所述空腔辐射值与为0.05，表面辐射值为0.6，环境温度设置为20℃；所述模型的基础属性包括模型的绝对零度和玻尔兹曼常数；所述模型的绝对零度设置为-273.15℃；所述玻尔兹曼常数设置为5.67E-11；所述第二次增材的相互作用场选择步骤十六中减材制造的温度场与应力场；步骤二十四、第二次增材的载荷设置：通过ABAQUS有限元软件的载荷模块设置热源的加载形式为体热源，热源形式设置为双椭球热源；所述双椭球热源的热源功率为1400w，热源移动速度为10mms，热源半径为1mm；步骤二十五、第二次增材的作业设置：通过ABAQUS有限元软件的作业模块创建作业，在通用步骤中调用子程序文件，在并行阶段设置使用多核处理器进行计算；进行第二次增材制造模拟，得到增材制造后的模型；并输出第二次增材制造的温度场与应力场数据；步骤二十六、第二次减材的减材模型的导入：导入步骤二十五第二次减材制造后的模型，该模型格式是*.odb文件；步骤二十七、通过ABAQUS有限元软件的属性模块，设置减材制造块体材料属性，并设置材料属性随温度变化而改变；所述设置增材制造块体材料属性包括：热传导率，JohnsonCook损伤模型、损伤演化、密度、弹性、热膨胀系数、塑性、比热容；其中，热传导率为13.89Wm·℃；JohnsonCook损伤模型中熔点为1297℃，转变温度为20℃，参考应变率为1；损伤演化设置破坏位移为0.1；密度为8470kgm3；塑性为450Mpa；弹性设置中杨氏模量设置为210Mpa，泊松比设置为0.3；热膨胀系数0.00001209℃；比热容为442Jk·℃；步骤二十八、第二次减材的装配体的建立：通过ABAQUS有限元软件的装配模块对铣刀模型和减材制造块体模型进行装配，设置铣刀位置，铣削方向，铣削量；步骤二十八、第二次减材的装配体的建立：通过ABAQUS有限元软件的装配模块对铣刀模型和减材制造块体模型进行装配，设置铣刀位置、铣削方向、铣削量、加工位移距离、旋转方向和旋转转速；所述铣刀位置为增材制造块体顶部；铣削方向为X方向，其他方向自由度为0；铣削量为铣削顶部1mm的铣削量；加工位移距离X方向4cm；旋转方向为Z轴逆时针；旋转转速为150转每秒；步骤二十九、第二次减材的网格的划分：通过ABAQUS有限元软件的装配模块设置减材制造块体三维模型单元类型和设置铣削过程中铣刀三维模型单元类型；所述设置减材制造块体三维模型的单元类型为C3D8T，设置铣削过程中铣刀三维模型的单元类型为C3D4T；步骤三十、第二次减材的分析步的设置：通过ABAQUS有限元软件的分析步模块设置分析步为“动力，温度-位移，耦合”；并设置分析步的时间长度和质量缩放系数；并打开分析步的重启动请求；所述设置时间长度为2s；质量缩放系数为10000；打开分析步的重启动请求，时间频率设置为50；步骤三十一、第二次减材的相互作用设置：通过ABAQUS有限元软件的相互作用模块创建减材制造块体三维模型与铣削中铣刀三维模型的表面接触，同时创建铣刀模型的约束；创建减材制造块体三维模型与铣削中铣刀三维模型的表面接触时将表面接触属性中的切向行为中的摩擦系数设置为0.25，法相行为中压力过盈设置为硬接触；创建铣刀模型的约束时设置铣刀为刚体；步骤三十二、第二次减材的载荷设置：通过ABAQUS有限元软件的载荷模块设置基板的约束；并设置铣削铣刀的位移距离、旋转方向、旋转转速；并设置预定义场；所述设置基板的约束时将基板底部设置为完全约束，自由度为0；所述设置铣刀X向位移距离为5cm、旋转方向为沿Z轴逆时针旋转、旋转转速为150转每秒；所述设置预定义场时导入步骤二十五中第二次增材制造的应力场与温度场；步骤三十三、第二次减材的作业设置：通过ABAQUS有限元软件的作业模块创建作业，并在并行阶段设置使用多核处理器进行计算。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 哈尔滨工业大学 一种基于有限元预测增-减-增-减材复合制造的应力场和温度场演变的方法