Отправить статью по E-mail Численное моделирование селективного лазерного плавления методом SPH
- Авторы: Быков А.Н.1, Вишнякова М.Н.1, Дерюгин Ю.Н.1, Емельянов А.Б.1, Лазарев А.А.1, Полищук С.Н.1, Черенкова К.В.1
-
Учреждения:
- ФГУП «РФЯЦ – ВНИИЭ»
- Выпуск: Том 24, № 4 (2022)
- Страницы: 419-435
- Раздел: Прикладная математика и механика
- Статья опубликована: 23.11.2022
- URL: https://medbiosci.ru/2079-6900/article/view/366599
- DOI: https://doi.org/10.15507/2079-6900.24.202204.419-435
- ID: 366599
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В настоящее время ведется активное развитие технологий аддитивного производства, что требует создания расчетных методик для описания протекающих при этом физических процессов. Одним из методов, используемых для производства деталей из металлического порошка, является метод селективного лазерного плавления. В данной работе представлена численная методика на основе метода SPH для моделирования процесса спекания порошка под воздействием лазерного луча. Течение жидкости, образующейся в результате плавления, описывается уравнениями Навье-Стокса, в которых учитываются силы давления, вязкие силы и поверхностные силы на границе раздела фаз. Тепловое состояние определяется из уравнения сохранения энергии, в котором учитываются тепловые процессы, объемное поглощение энергии лазерного излучения, конвективный теплообмен с внешней средой и радиационное излучение. Фазовые переходы между твердой и жидкой фазой описываются в рамках обобщенной формулировки задачи Стефана. Расчетная методика проверена на тестах, характерных для рассматриваемого класса задач. Проведено сравнение с аналитическим решением, с решениями, полученными по другим модификациям метода SPH, и с экспериментальными данными.
Ключевые слова
Об авторах
Александр Николаевич Быков
ФГУП «РФЯЦ – ВНИИЭ»
Email: ban3101@mail.ru
кандидат физико-математических наук, начальник научно-исследовательского отдела
Россия, 607188, Россия, г. Саров, пр. Мира, д. 37Марина Николаевна Вишнякова
ФГУП «РФЯЦ – ВНИИЭ»
Email: Marina.N.Vishnyakova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0488-518X
кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник
Россия, 607188, Россия, г. Саров, пр. Мира, д. 37Юрий Николаевич Дерюгин
ФГУП «РФЯЦ – ВНИИЭ»
Автор, ответственный за переписку.
Email: dyn1947@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3955-775X
доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник, РФЯЦ ВНИИЭФ
Россия, 607188, Россия, г. Саров, пр. Мира, д. 37Андрей Борисович Емельянов
ФГУП «РФЯЦ – ВНИИЭ»
Email: abe75@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3549-3891
старший научный сотрудник
Россия, 607188, Россия, г. Саров, пр. Мира, д. 37Алексей Александрович Лазарев
ФГУП «РФЯЦ – ВНИИЭ»
Email: lazarev.alex94@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0577-5732
научный сотрудник
Россия, 607188, Россия, г. Саров, пр. Мира, д. 37Сергей Николаевич Полищук
ФГУП «РФЯЦ – ВНИИЭ»
Email: S.N.Polischuk@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7158-7393
кандидат физико-математических наук, начальник научно-исследовательской лаборатории
Россия, 607188, Россия, г. Саров, пр. Мира, д. 37Кристина Вадимовна Черенкова
ФГУП «РФЯЦ – ВНИИЭ»
Email: cherenkova031996@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0548-8861
младший научный сотрудник
Россия, 607188, Россия, г. Саров, пр. Мира, д. 37Список литературы
- Gibson I., Rosen D., Stucker B. Additive manufacturing technologies. New York: Springer, 2015. 498 p. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4939-2113-3
- Шишковский И. В. Основы аддитивных технологий высокого разрешения. СПб.: Питер, 2016. 348 с.
- Russell M. A., Souto-Iglesias A., Zohdi T. I. Numerical simulation of Laser Fusion Additive Manufacturing processes using the SPH method // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2018. Vol. 341. pp. 163–187. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cma.2018.06.033
- Савельев И. В. Курс общей физики. М.: Наука, 1970. Т. 1. 517 с.
- Самарский А. А., Вабищевич П. Н. Вычислительная теплопередача. М.: Либроком, 2009. 784 с.
- Будак Б. М., Соловьев Е. Н., Успенский А. Б. Разностный метод со сглаживанием коэффициентов для решения задачи Стефана // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 1965. Т. 5, № 5. С. 828–840.
- Gingold R. A., Monaghan J. J. Smoothed particle hydrodynamics: theory and application to non-spherical stars // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 1977. Vol. 181., no. 3. pp. 375–389. DOI:
- https://doi.org/10.1093/mnras/181.3.375
- Lucy L. B. A numerical approach to the testing of the fission hypothesis // Astronom. J. 1977. Vol. 82. pp. 1013–1024. DOI: https://doi.org/10.1086/112164
- Monaghan J. J. Smoothed particle hydrodynamics // Annual Review of Astronomy and Astrophysics. Vol. 30. 1992. pp. 543–574. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev.aa.30.090192.002551
- Ordoubadi M., Yaghoubi M., Yeganehdoust F. Surface tension simulation of free surface using smoothed particle hydrodynamics // Sci. Iranica B. 2017. Vol. 24, no. 4. pp. 2019–2033. DOI: https://doi.org/10.24200/sci.2017.4291
- Карслоу У., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука, 1964. 488 с.
- Тихонов А. Н., Самарский А. А. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1977. 742 с.
- Bao Y., Li L., Shen L., Lei Ch., Gan Y. A modified smoothed particle hydrodynamics approach for modelling dynamic contact angle hysteresis, 2018. arXiv: https://doi.org/10.48550/arXiv.1804.02770
- My Ha Dao, Jing Lou. Simulations of laser assisted additive manufacturing by smoothed particle hydrodynamics // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2021. Vol. 373. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cma.2020.113491
- He X., Fuerschbach P.W., DebRoy T. Heat transfer and fluid flow during laser spot welding of 304 stainless steel // J. Phys. D: Appl. Phys. 2013. Vol. 36, no. 12. pp. 1388–1398. DOI: https://doi.org/10.1088/0022-3727/36/12/306
- Afrasiabi M., Luthi C., Bambach M., Wegener K. Multi-resolution SPH simulation of a laser powder bed fusion additive manufacturing process // Appl. Sci. 2021. Vol. 11, no. 7. P. 2962. DOI: https://doi.org/10.3390/app11072962
Дополнительные файлы
