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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材制造和后续铣削过程中材料整体应变的方法，涉及金属制造领域与后续的减材加工领域，具体涉及一种预测增材制造和后续铣削过程中材料整体应变方法。本发明方法包括：三维模型的建立、模型的导入、网格的划分、材料属性的指定、网格划分、单元格类型的指定、分析步的设定、相互作用的设定、载荷的设定、增材数据的提取、数据加载、铣削过程网格划分、铣削过程中的载荷加载。本发明能对增材以及后续铣削过程中材料应变与变形进行整体预测与动态模拟，为金属材料的工业化生产提供一定的指导手段，从而能够满足增材与后续铣削过程中试样应变与变形预测。

主权项：1.一种基于有限元预测增材制造和后续铣削过程中材料整体应变的方法，其特征在于：基于有限元预测增材制造和后续铣削过程中材料整体应变的方法按照以下步骤进行：步骤一：通过三维建模软件对增材制造所需的式样块和铣削加工过程中的铣刀形状进行建模，得到铣刀的三维模型和增材制造试样块的三维模型；步骤二：将铣刀的三维模型和增材制造试样块的三维模型导出*.xt格式，并导入ABAQUS有限元分析软件中；步骤三：通过ABAQUS有限元软件的部件模块对铣刀的三维模型和增材制造试样块的三维模型进行结构切分；所述对增材制造试样块进行结构切分方法包括自定义切割平面法、使用基准面切割法或使用延申面切割法；切割平面为增材部分与基板连接部分；步骤四：通过ABAQUS有限元软件的属性模块对铣刀的三维模型和增材制造试样块的三维模型进行截面的创建，并将材料属性赋予所创建的截面；所述材料属性包括材料的密度、杨氏模量、泊松比、比热容、导热率和热膨胀系数；步骤五：通过ABAQUS有限元软件的专配模块对增材制造试样块的三维模型进行六面体网格的划分，同时指派单元类型；对铣刀的三维模型进行四面体网格的划分，同时指派单元类型；所述对增材制造试样块的三维模型进行六面体网格的划分，同时指派单元类型为DC3D8R；对铣刀的三维模型进行四面体网格的划分，同时指派单元类型为DC3D4R；步骤六：通过ABAQUS有限元软件分析步模块设置分析步为热传递；步骤七：通过ABAQUS有限元软件分析步模块设置场输出请求为NT11；所述设置场输出请求为NT11且限定频率均匀时间间隔为200；步骤八：通过ABAQUS有限元软件的相互作用模块设置相互作用为modelchange，相互作用位置为材制造试样块；同时通过相互作用模块设置空腔辐射值与表面辐射值；步骤九：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；步骤十：通过ABAQUS有限元软件的载荷模块设置预定义场中增材制造试样块的整体温度为20℃；步骤十一：通过ABAQUS有限元软件的模型模块设置绝对零度和boltzmann常数；步骤十二：通过ABAQUS有限元软件的分析步模块设置重启动输出请求；所述设置重启动输出的请求间隔设置为1；步骤十三：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，并输出INP文件；步骤十四：通过ABAQUS有限元软件的作业模块修改步骤十三中INP文件，修改内容包括：设置材制造试样块三维模型单元类型为C3D8R，设置铣削过程中铣刀三维模型单元类型为C3D4；步骤十五，通过ABAQUS有限元软件的分析步模块修改步骤十四中INP文件，修改内容包括：设置分析步为静力通用，并设置指定衰减因子值为0.0002，打开几何非线性开关；步骤十六，通过ABAQUS有限元软件的分析步模块修改步骤十五中INP文件，修改内容包括：修改场输出为S,LE,U,NT11，并频率为均匀时间间隔，间隔为200；步骤十七：通过ABAQUS有限元软件的分析步模块修改步骤十六中INP文件，修改内容包括：设置重启动输出请求，间隔设置为1；步骤十八：通过ABAQUS有限元软件作业模块创建作业，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，输出odb文件；步骤十九：通过ABAQUS有限元软件的作业模块修改步骤十八中INP文件，修改内容包括：设置材制造试样块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；步骤二十：通过ABAQUS有限元软件的属性模块修改步骤十九中INP文件，修改内容包括：设置材制造试样块材料属性的热传导率，Johnson-Cook损伤模型、损伤演化、密度、弹性、热膨胀系数、塑性、比热容；步骤二十一：通过ABAQUS有限元软件的分析步模块修改步骤二十中INP文件，修改内容包括：设置分析步为“动力，温度-位移，耦合”，并设置时间长度为1s，质量缩放系数为10000；步骤二十二：通过ABAQUS有限元软件的相互作用模块修改步骤二十一中INP文件，修改内容包括：创建材制造试样块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和材制造试样块三维模型的约束；创建铣刀模型的约束时设置铣刀为刚体；创建材制造试样块三维模型的约束时设置基板底部为完全约束，自由度为0；步骤二十三：通过ABAQUS有限元软件的载荷模块修改步骤二十二中INP文件，修改内容包括：设置铣削铣刀的加工参数包括位移距离、旋转方向、旋转转速；步骤二十四：通过ABAQUS有限元软件的载荷模块修改步骤二十三中INP文件修改内容包括：创建预定义场，导入步骤十八odb文件中的温度场与应力场的最后一帧数据；步骤二十五：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个处理器进行计算，即完成。

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