基于离散元与相场法的激光选区熔化数值模拟

来源：计算力学学报杂志2024年第5期北京时间：

作者：常珂,梁晨光,易敏

单位：南京航空航天大学 航空学院&航空航天结构力学及控制全国重点实验室, 南京 210016,南京航空航天大学 航空学院&航空航天结构力学及控制全国重点实验室, 南京 210016,南京航空航天大学 航空学院&航空航天结构力学及控制全国重点实验室, 南京 210016

摘要：在激光选区熔化制造过程中,多物理场耦合特征明显,涉及传热、相变、熔池流动以及晶粒生长等复杂的物理现象,给质量调控带来了极大挑战。本文基于离散元法与相场法,提出了集成粉床-熔池-微结构演化的计算框架,实现激光选区熔化的高保真数值模拟。首先,采用离散元模拟了辊筒铺粉过程,讨论了铺粉工艺参数对粉床质量的影响;其次,提出了热-流-微结构耦合的非等温相场模型,验证了相场模拟计算研究熔池气液两相流动行为的可行性,并研究了反冲压力和马兰戈尼效应对熔池行为的影响;最后,实现了铺粉-单层扫描的全过程仿真,再现了激光选区熔化过程中熔池的流动、凝固以及晶粒演化等现象。

关键词：激光选区熔化,铺粉,相场法,熔池,微结构演化,

基金资助：国家重点研发青年科学家项目(2022YFB4600700);国家科技重大专项(J2019-IV-0014-0082);国家青年人才项目资助.