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基于固有应变法的激光增材制造特征结构应力与变形高效预测
作者姓名:尹清远  韦辉亮  张昌春  刘婷婷  廖文和
作者单位:南京理工大学机械工程学院
基金项目:国家自然科学基金(52175330);;江苏省自然科学基金(BK20202007);;中央高校基本科研业务费专项资金(30921011202);
摘    要:在激光粉末床熔融过程中,热循环和热积累导致零件产生残余应力和变形,对零件的成形精度带来极大的影响。由于计算量过大,利用热弹塑性模型难以实现尺寸较大的结构残余应力和变形的模拟。为了实现快速准确的预测,基于改进的固有应变理论,从热弹塑性模型中提取固有应变矢量并逐层施加至典型特征结构中,系统性地研究了四种扫描策略下特征结构的残余应力和变形分布。研究发现,在不同扫描策略下,薄壁结构、悬臂梁和悬垂圆孔结构表现出相同的变形趋势,即扫描方向沿短边时变形最小。其原因一为扫描方向沿短边方向时扫描矢量长度较小,二为相同应力下短边变形小于长边变形,从而产生小的残余应力及变形。对悬垂结构增加支撑有利于减小翘曲变形,提高成形质量。在悬垂圆孔结构外侧,随打印高度逐渐增大的竖直方向的拉应力是影响其变形的主要原因。所得结果可对获得低应力、高精度增材制造结构以及提高增材制造成形质量提供有效技术支撑。

关 键 词:激光技术  激光粉末床熔融  固有应变  特征结构  扫描策略  变形预测
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