算法用來(lái)模擬變化行為抒倚，聽(tīng)起來(lái)可能比較費(fèi)解。一個(gè)具體的生活例子坷澡，天氣的變化是地球周?chē)髿膺\(yùn)動(dòng)變化的結(jié)果托呕。物理學(xué)中的流體力學(xué)和熱力學(xué)的基本定律可用于分析大氣的運(yùn)動(dòng)變化，而這些定律可以用數(shù)學(xué)語(yǔ)言寫(xiě)成數(shù)學(xué)方程频敛。然后项郊，人們利用大型計(jì)算機(jī)對(duì)這些數(shù)學(xué)方程求解，就預(yù)報(bào)出某一地區(qū)未來(lái)的氣壓斟赚、溫度着降、風(fēng)向、風(fēng)速以及降水量等……像國(guó)外(暫不可見(jiàn))上的天氣預(yù)報(bào)精準(zhǔn)度高汁展，也就是說(shuō)他們的算法是很不錯(cuò)的鹊碍。

在金屬3D打印過(guò)程中，國(guó)際上對(duì)于激光3D打印熔池凝固行為的研究主要側(cè)重于溫度場(chǎng)食绿，并通過(guò)對(duì)溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)的后期二次處理間接獲得溫度梯度侈咕、熔池凝固速率等數(shù)據(jù)选浅，無(wú)法在時(shí)間和空間上實(shí)現(xiàn)對(duì)凝固行為的主動(dòng)跟蹤記錄。通過(guò)人為后期二次處理間接獲得熱物理數(shù)據(jù)庇讥，易存在數(shù)據(jù)點(diǎn)捕捉不準(zhǔn)確尚技，數(shù)據(jù)精度差等缺點(diǎn)，不利于對(duì)3D打印熔池凝固行為作精確分析润沸。

南京航空航天大學(xué)顧冬冬教授團(tuán)隊(duì)嘗試用算法來(lái)基于時(shí)間和空間的變化主動(dòng)跟蹤激光3D打印熔池的凝固行為潭耙。這一點(diǎn)與天氣預(yù)報(bào)的邏輯可以說(shuō)是有著異曲同工的妙處。

為什么要研究熔池的凝固行為呢燥箍？激光加工過(guò)程中都宅，熔池的凝固行為對(duì)激光3D打印最終成形件的綜合性能具有至關(guān)重要的影響。凝固速率過(guò)慢引起的晶粒粗化將極大地降低材料強(qiáng)度朦晋；凝固速率過(guò)快易造成制件內(nèi)部微裂紋和孔隙等加工缺陷愧橄，導(dǎo)致制件使用過(guò)程中的提前失效。同時(shí)周狱，伴隨凝固行為產(chǎn)生的殘余應(yīng)力集中問(wèn)題與制件尺寸精度和表面粗糙度有密切聯(lián)系瘪期。

針對(duì)激光3D打印熔池凝固行為的數(shù)值模擬是一項(xiàng)涉及三維空間尺度和復(fù)雜物理冶金現(xiàn)象，包括質(zhì)量稿辙、動(dòng)量及熱量等多重傳遞的綜合性研究工作昆码，以往對(duì)于激光3D打印熔池凝固行為的研究主要側(cè)重于溫度場(chǎng)，并通過(guò)對(duì)溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)的后期二次處理間接獲得溫度梯度邻储、熔池凝固速率等數(shù)據(jù)赋咽，無(wú)法在時(shí)間和空間上實(shí)現(xiàn)對(duì)凝固行為的主動(dòng)跟蹤記錄。

激光3D打印過(guò)程具有高溫熔化粉體并伴隨有熔池快速冷卻的特點(diǎn)吨娜，實(shí)驗(yàn)觀測(cè)-記錄-分析熔池凝固行為是不易實(shí)現(xiàn)的冬耿，但熔池凝固過(guò)程中涉及的溫度場(chǎng)、溫度梯度萌壳、熔池凝固速率等直接影響成形件服役性能，良好的凝固行為可削弱應(yīng)力累積日月，并實(shí)現(xiàn)殘余應(yīng)力的合理分布袱瓮，有效降低成形件內(nèi)部微裂紋和孔隙的產(chǎn)生，避免制件在承載過(guò)程中提前失效爱咬。

南京航空航天大學(xué)基于有限元模擬軟件尺借，計(jì)算流程進(jìn)行激光3D打印溫度場(chǎng)計(jì)算。采用牛頓-拉普森方法計(jì)算三維熱傳導(dǎo)控制方程精拟，并使其計(jì)算迭代直至計(jì)算收斂燎斩，最終得到激光3D打印熔池溫度場(chǎng)、凝固速率甫蹄、溫度梯度及熔池形態(tài)树吏。

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