文学

当前位置:首页 > 现代诗歌 > 工学院刘谋斌课题组在金属增材制造工艺过程模拟与产品缺陷预测方面取得重要进展

工学院刘谋斌课题组在金属增材制造工艺过程模拟与产品缺陷预测方面取得重要进展

时间:2019-07-14 整理:本站 点击:151次
增材制造(即“3D打印”)减少了传统制造工艺在优化设计、结构创新及复杂结构制造上的困难,为下一代工业革命奠定了基础。 模拟与仿真可以提升增材制造产能,缩短材料与产品研发周期,预测及修正产...

工学院刘谋斌课题组在金属增材制造工艺过程模拟与产品缺陷预测方面取得重要进展

增材制造(即“3D打印”)减少了传统制造工艺在优化设计、结构创新及复杂结构制造上的困难,为下一代工业革命奠定了基础。 模拟与仿真可以提升增材制造产能,缩短材料与产品研发周期,预测及修正产品瑕疵,降低生产成本,在增材制造过程中起着日益重要的作用。 美国、德国等制造业大国已经将增材制造模拟与仿真技术及软件的研发作为增强其在先进制造领域全球竞争力的主要途径,而我国面临增材制造关键算法不足和工艺软件缺失的严峻现实。 金属粉末增材制造是3D打印技术的一个主要分支,已经被广泛运用在航空航天、汽车及生物医学等众多领域。

其主要工艺过程包括金属粉末的输送或铺放,以及激光等高能量源作用下粉床的熔融和快速凝固这两个阶段循环乃至最后成形的过程,涉及的材料参数与工艺参数众多(如金属粉末的大小、形态及分布;光源强度、半径、扫描速度及扫描策略等),难以仅通过实验优化工艺参数,提高产品性能。 现有的算法与软件一般不能考虑输粉过程中金属粉末和环境(保护气体)的相互作用,也难以兼顾粉床熔融及凝固过程中的多尺度、多相流动与传热等关键科学问题,因此不能模拟金属增材制造真实过程,难以复现球化、局部熔化、未融合等现象,也难以预测增材制造产品的内部缺陷(如空洞、气泡等)。

最近,北京大学工学院课题组(先进计算与多介质耦合力学)在金属增材制造工艺过程模拟与产品缺陷预测方面取得系列重要研究进展,提出了原创算法,发展了自主可控的一体化模拟技术,从理论上建立了材料物性及工艺参数与增材制造产品缺陷的关联。 所发展的算法、求解器和无量纲数已经应用于某航天科技重要部件增材制造工艺过程模拟与缺陷分析,并能推广至其他粉末冶金相关领域。 首先,针对金属粉末输送气固颗粒两相流动,课题组原创性地发展了一种半解析耦合算法(Semi-resolvedCFD-DEM),实现了复杂区域中金属颗粒与外部气体的双向完全耦合作用(图1),突破了传统解析耦合算法(ResolvedCFD-DEM)效率低和传统非解析耦合算法(UnresolvedCFD-DEM)精度低的限制。 相关工作发表在计算流体力学著名期刊JournalofComputationalPhysics上(2019,384:151–169),第一作者为北京大学工学院2017级硕士生王泽坤(已确定硕转博),北京大学工学院2015级本科生滕郁骏(已确定赴UniversityofPennsylvania攻读博士)为共同第一作者。 其次,在粉末尺度(powderscale)上发展了激光作用下金属粉床熔融与凝固的求解器,考虑了多相流动、传热、相变及热应力等关键问题,引入了最新的界面处理算法追踪并重构熔化的液体金属和固态金属的界面,并作为下次铺粉的边界,从而实现了金属增材制造从送粉/铺粉到熔融凝固过程的一体化模拟。

该求解器可以复现金属增材制造球化、局部熔化、未融合等传统商业软件难以模拟的现象,并能够用于研究粉床温度分布,以及预测增材制造产品的内部缺陷(如空洞、气泡等),是目前国际上少数几个能实现金属增材制造多道多层工艺过程模拟的求解器之一。

相关工作发表在计算力学著名期刊ComputationalMechanics上(2019,63:649–661),第一作者为北京大学工学院研究生王泽坤。 图1同轴送粉模拟图2粉末尺度熔化和凝固其后,课题组通过对光源参数及材料物性参数进行了无量纲分析,结合数值模拟和实验观测,提出了若干重要的无量纲数,消除了激光参数及材料参数的不同对模拟结果的不同影响,是决定成型试件的孔隙率及激光熔道尺寸的关键参数。

例如,所提出的等效多道蒸发率,可以定量描述不同材料在不同激光参数下相同的试件孔隙率变化行为,并找到了一个稳定区间:即等效多道蒸发率约处于和之间时,成型试件的孔隙率可以保持在一个稳定的最低点(如图3及图4),从而有望实现最佳的产品性能,这对工程实际应用有着开拓性、指导性的意义。

该工作近期在线发表于材料加工与成形领域著名期刊JournalofMaterialsProcessingTechnology上(//),第一作者为北京大学工学院研究生王泽坤。

图3:双道激光熔化粉床及孔隙情况图4:孔隙率与等效蒸发率的定量规律该项工作得到了国家重点研发计划(高通量多尺度材料模拟与性能优化设计平台)的支持。 王泽坤也因为金属增材制造工艺过程(激光选区熔融)模拟相关的工作荣获2018年第13届OpenFoam全球开发者大会最佳学生报告奖(图5)。 更多详情参见先进计算与多介质耦合力学课题组主页(http:///=628)。

图5:第13届OpenFoam全球开发者大会最佳学生报告奖。

------分隔线----------------------------

本月热点

  • 湖南省广播电视大学成人高考电力系统自动化技术专科专业16
  •    湖南省广播电视大学成人高考电力系统自动化技术专业培养目标:培养适应社会主义建设需要的,德,智,体全面发展的,从事各行各业的电气自动控制系统,供配电技术等工作的高级职业技术应用型人才。 本...

  • 清明节公益广告语—经典用语应允全
  •    继清明节公益广告语吐逆应允赛纯朴,育才小学于4月1日最早了清明节自吹自擂的系列核准当空。 核准当空分几个层面当面错过。 4月1日下战书,黉舍应允队部阔别应允队...

  • 【脸谱】蒙鹂君:放歌世界舞台的瑶乡“百灵鸟”
  •    高东风黎秋萍10月13日晚,曾获得中央电视台举办的《争奇斗艳——全国少数民族冠军歌手争霸赛》瑶族组冠军的蒙鹂君,在广西南宁市举办个人演唱会,传播广西原创音乐,弘扬民族传统文化。 蒙鹂君出...

  • 数学智力题:完成扩大招生计划需要几年?
  •    数学智力题:完成扩大招生计划需要几年? 完成扩大招生计划需要几年? 有一所三年制高中学校,每年级为300人,共900名学生。 该校制定了一个比现有900名学生翻一番的扩大招生计划,决...

  • 大庆成人高考如何免试入学,黑龙江大庆成人高考免试入学的政策吗
  •    大庆成人高考如何免试入学,黑龙江大庆成人高考免试入学的政策吗又拿着新链条对比长度。 霍舟还是第一次认真看别人换链条,骆清淮的手太小了,手指又细又白。 跟那些硕大的工具、肮脏的链...

  • 性趣颇浓时男人如何配合才完美
  •    最近几年,发现女子性欲最强烈的时候,几乎都是在月经前两天和月经后七天之内。 尤其是经前强于经后。 男人仅凭想像,就能造成阳具勃起或导引性兴奋,而女子的性感则是比较现实的,必须藉重于...

  • 自给自足查处背法背规着重群众就业异口同声
  •    【】【字体:】【】特地:法制日报--法制网知音传记:2019-05-1411:19:16 5月12日,广东省深圳市就业局知音《支援于对深圳市富源黉舍“高考移吞噬近”彻上彻下平板丛林罪人皇帝的...

  • 吉林省吉林油田运输小学2017
  •    资料简介松江小学二年班姓名姓名2017—2018学年度第二学期期中考试二年级数学试卷一、用心思考,正确填空(每空1分,24分)(1)364=9,这个算式读作(),其中36是(),4是(),9是...

  • 《超級脂肪兌換系統》
  •    第六百零三章勢利头头是道作者:|更新時間:2014-01-2718:43|字數:3158字劉新穎聽侯翠華的聲音也一下聽出了這髒兮兮的婦人是女仆的親家,趕緊拉住她的手道:「佳楠還在廢墟中?」對於...

  • 艺鑫从头界说中邦儿童时尚的来日从2018成都潮童
  •    2018年度由专为儿童打造本质教导艺术生长平台的艺鑫文明和顶级国际资源运营领航者中藤卓联教导合伙打造的顶级儿童时装秀盛世2018成都潮童时装周正在武侯区1906创意工场浩猛进行,近千平方米...

网站地图 | 由文学提供的文章均由网友转载于网络,若本站转载中的文章侵犯了您的权益,请与本站管理员联系. Copyright © 2006-2019 www.hm2333.com文学 All Rights Reserved.