模拟激光粉末床熔融过程中路径级残余应力的框架
计算工程、金融与科学
2024-07-10 v1 应用物理
摘要
激光粉末床熔融(LPBF)增材制造以其制造复杂定制部件的能力彻底改变了工业。LPBF工艺使用移动热源熔化并凝固金属粉末。快速熔化和冷却导致残余应力，这严重影响部件质量。目前，在路径尺度上精确模拟残余应力的计算强度仍然是一个重大挑战，限制了我们对LPBF过程的理解。本文提出了一个基于路径级热历史的LPBF过程残余应力模拟框架。与现有方法相比，路径级模拟仅需离散化以捕捉扫描路径，而非熔池细节，因此需要更稀疏的网格且计算效率更高。我们通过引入一个称为有效热应变的新概念来发展该框架，以捕捉熔池附近及周围的各向异性热应变。我们利用文献中的高保真结果验证了我们的方法。我们使用所提出的方法模拟了各种单岛扫描模式以及包含多个完整和修剪岛的分层。我们进一步通过分析模拟结果，研究了路径级热历史和层形状对残余应力的影响。
引用
@article{arxiv.2407.06293,
title = {A Framework for Simulating the Path-level Residual Stress in the Laser Powder Bed Fusion Process},
author = {Xin Liu and Xingchen Liu and Paul Witherell},
journal= {arXiv preprint arXiv:2407.06293},
year = {2024}
}