(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210886970.0 (22)申请日 2022.07.26 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号 (72)发明人 李义宝　蒋小玉　夏青　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 专利代理师 安彦彦 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/10(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种面向熔融沉积工艺的多尺度加工仿真 方法 (57)摘要 本发明公开一种面向熔融沉积工艺的多尺 度加工仿真方法， 根据李雅普诺夫能量函数得到 晶体生长模型； 根据 喷头的移动速度与温度， 得 到传导传热模 型； 利用温度将晶体生长模型和传 导传热模型进行耦合， 得到宏观尺度下的模型， 求解， 得到宏观尺度下的相场变量和 瞬态温度； 根据宏观尺度下相场变量、 瞬态温度、 晶体各向 异性函数以及晶体生长的变量， 得到微观尺度下 的模型， 求解得到微观尺度下的相场变量， 进行 可视化， 实现仿真。 本发明利用物理模型将真实 的增材制造过程投影到虚拟空间， 在数字空间和 物理空间之间建立了联系， 具有较高的数值模拟 性能， 从宏观尺度和微观尺度出发用适当的参数 来模拟材料的状态的建模技术， 同时还能捕捉到 多种物理现象。 权利要求书2页 说明书11页 附图2页 CN 115221719 A 2022.10.21 CN 115221719 A 1.一种面向熔融沉积工艺的多尺度加工 仿真方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 1)根据李雅普诺夫能量 函数得到晶体生长模型； 根据喷头的移动速度与温度， 得到传导传热模型； 利用温度将晶体生长模型和传导传热模型进行耦合， 得到宏观 尺度下的模型； 对宏观尺度下的模型求 解， 得到宏观 尺度下的相场变量和瞬态温度； 2)根据宏观尺度 下相场变量、 瞬态温度、 晶体各向异性函数以及晶体生长的变量， 得到 微观尺度下的模型； 温度场代入到微观 尺度下的模型， 求 解得到微观 尺度下的相场变量； 将微观尺度下的相场变量可视化， 实现仿真。 2.根据权利要求1所述的一种面向熔融沉积工艺的多尺度加工仿真方法， 其特征在于， 步骤1)中， 晶体生长模型如下： 其中， 是梯度算子， Δ拉普拉斯 算子， λ是 无量纲参数， U是 无量纲温度。 3.根据权利要求1所述的一种面向熔融沉积工艺的多尺度加工仿真方法， 其特征在于， 步骤1)中， 传导传热模型为： 其中， T是瞬态温度， 是温度梯度， ρ 是密度， c是比热系数， S是单位时间内碰嘴的发 射量， vp是喷头的移动速度， q是 热源。 4.根据权利要求1所述的一种面向熔融沉积工艺的多尺度加工仿真方法， 其特征在于， 步骤1)中， 宏观 尺度下的模型为： 式中， 是梯度算子， Δ拉普拉斯算子， λ是无量纲参数， U是无量纲温度； T是瞬态温度， ρ 是密度， c是比热系数， S是 单位时间内碰嘴的发射 量， vp是喷头的移动速度， q是 热源。 5.根据权利要求4所述的一种面向熔融沉积工艺的多尺度加工仿真方法， 其特征在于， 无量纲温度U通过 下式计算： U＝c(T‑TM)/L 式中， TM是环境温度， L是聚变潜热。 6.根据权利要求1所述的一种面向熔融沉积工艺的多尺度加工仿真方法， 其特征在于， 步骤(2)中， 晶体生长的变量 通过下式计算： 式中， S为单位时间内喷头的喷射 量， D为球 体的直径。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115221719 A 27.根据权利要求6所述的一种面向熔融沉积工艺的多尺度加工仿真方法， 其特征在于， 步骤(2)中， 球 体的直径D通过 下式计算： 式中， Q为向喷头中供 给材料的速度， vS为熔融态的材 料离开喷头的速度。 8.根据权利要求6所述的一种面向熔融沉积工艺的多尺度加工仿真方法， 其特征在于， 微观尺度下的模型为： 式中， 是微观尺度下的相场变量， 是晶体各向异性的强度参数， 分别是 在x， y， z方向上的偏导数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115221719 A 3