在《华尔街日报》最近发表的一篇文章加法制造,研究人员讨论分析加法制造过程的热弹性解决方案。
研究:分析加法制造过程的热弹性解决方案。图片来源:奥尔加Ilina / Shutterstock.com
背景
能够精确和有效的模型和管理过程的许多地方是一个至关重要的组件的特性,设计和认证组件由加法制造(AM)技术。分析解决方案建模是有吸引力的,因为它伟大的计算效率和易用性,以及建立直接的能力分析输入和输出参数之间的关系。
平行发展的各种流程,取得了很大的进步在计算建模与他们相关的多重物理量在不同的尺度。大量的研究集中在有限元方法(FEM)和particle-based方法由于复杂的物理问题和相关领域。
最小惯性项的假设下,形变场响应的弹性固体的解决方案可以描述两个耦合的偏微分方程(pde)。广泛的列表设置准确的热传导方程的格林函数可能被发现在一些文献来源。丰富的分析解决方案方法(EASM)最近来创建一个通用的热分析提供解决方案,它可以消除其核心的几个假设。
使用解析解来解决涉及移动热源的准静态热机械的问题已被广泛研究的主题。Eigenstrains,这被定义为任何无弹性应力如非弹性变形、热膨胀、或相变菌株,是最著名的技术之一。
关于这项研究
在这项研究中,作者提出了一个分析模型计算时间的三维(3 d)形变场域分布热沉积和挑战。应变、位移和移动的热通量产生的应力场热导电和机械变形对象的确定。问题是解决了通过使用一个单向耦合技术,在温度场计算分析,解决热传输问题被用作输入求解固体力学问题分析。
团队处理传热问题通过使用最近EASM创建,用来评估温度场的时空分布中创建操作。是利用非均匀热eigenstrain字段与半空间格林函数的推导相应的弹性领域。情况下的单轨激光粉末床融合应用,弹性领域的分析结果相比产生了通过有限元分析。
研究者讨论了三种不同的方法评估弹性领域。第一种方法被用来解决传热微分方程,用热eigenstrains添加温度对弹性领域的影响。第二个和第三个技术是基于固定热弹性扩展的互易定理。
第二种方法,尤其是基于互惠的工作动态情况下的定理。第三个方法泛化Maysel的技术基于Poisson-type积分公式直接解决的方程。的主要目标是将热EASM与弹性分析模型来计算应变,3 d位移,在热应力场进行结构由于移动的热通量。
观察
除了t = 0时,当两个模型零值,有限元的分析模型复制的结果,导致高的相对偏差错误。不同相对误差在0.25秒的时间跨度,因为大量第三位移组件(u3)有一个渐近变化到0.15秒。
结果表明,该分析模型准确地匹配结构响应计算使用有限元素。因为分析模型预测结构响应的半无限有限域,推断,该模型可以用来估计半无限有限域的结构响应。
结论
在结论,本研究提出了一个计算应变分析模型,三维位移和热应力场进行对象由于移动热源。使用EASM传热是第一个解决了,这提供了由于移动热源温度场。温度场是作为输入,和3 d弹性领域使用三种方法进行评估。为单向的激光粉末床的情况下融合应用,分析弹性领域的预测相比产生了通过有限元分析。
作者强调,需要更多的工作来提高场景的解决方案的适用性有限边界和严重的非线性材料性能的波动由于温度依赖性。他们认为可塑性和相变以及更复杂的材料模型将在未来研究。
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源
Apetre: A。Michopoulos, j·G。Steuben, j . C。,等。分析加法制造过程的热弹性解决方案。加法制造102892 (2022)。https://www.亚博老虎机网登录sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2214860422002901
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