(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 202210852074.2 (22)申请日 2022.07.20 (71)申请人 上海电机学院 地址 200240 上海市闵行区江川路690号 (72)发明人 董二凤　陈田　卞佰成　 (74)专利代理 机构 上海伯瑞杰知识产权代理有 限公司 312 27 专利代理师 孟旭彤 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) C23C 24/10(2006.01) (54)发明名称 一种用于激光熔覆的激光热源模拟方法及 其系统 (57)摘要 本发明公开了一种用于激光熔覆的激光热 源模拟方法及其系统， 解决了传统实验方法花费 高、 效率低的问题， 其技术方案要点是包括有步 骤S1采用离散元技术 建立粉床模型， S2控制平面 热源模型在不同的垂直位置处具不同激光热源 半径将面热源转换为体热源， S3将粉床 模型置于 需要熔覆的基体表面并设置初始条件及边界条 件， S4模拟熔池演化过程， 用激光热源照射粉床 模型， 对粉床模型进行加热， 使粉床模型出现熔 化‑蒸发‑凝固的物理现象变化， S5获取模拟过程 的工艺参数及模拟完成后的成形结果用于分析 指导， 本发 明的一种用于激光熔覆的激光热源模 拟方法及其系统， 能实现对激光熔覆成形过程模 拟， 更加准确， 降低成本， 有利于实验时工艺参数 的选择及指导。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115221707 A 2022.10.21 CN 115221707 A 1.一种用于 激光熔覆的激光热源 模拟方法， 其特 征是， 包括有以下步骤： S1、 采用离 散元技术根据真实的粉末颗粒 大小及其分布比例建立粉床模型； S2、 控制平面热源模型在不同的垂直位置处具有不同的激光热源半径， 将激光面热源 转换为激光体热源； S3、 将粉床模型置 于需要熔覆的基 体表面， 设置初始条件及边界条件； S4、 模拟熔池演化过程， 用激光热源照射粉床模型， 对粉床模型进行加热， 随激光热源 的前进， 使粉床模型 出现熔化 ‑蒸发‑凝固的物理现象变化； S5、 获取模拟过程的工艺 参数及模拟完成后的成形 结果， 用于分析指导。 2.根据权利要求1所述的用于激光熔覆的激光热源模拟方法， 其特征是， 步骤S2中的激 光面热源转换 具体为： R＝r+k×abs(L(K) ‑0) 式中： R为热源模型在不同垂直位置时的半径； r为激光焦点半径； k为根据不同模拟条 件下的计算系数； L(K)为模拟过程中不同计算节点下的中心位置 。 3.根据权利要求1所述的用于激光熔覆的激光热源模拟方法， 其特征是， 步骤S3 中的初 始条件及边界条件分别为： 初始条件 包括有初始温度； 边界条件 包括有： 热边界条件， 包括表面热辐射与表面蒸发散热； 流动边界条件， 包括蒸汽反冲压力、 表面张力及马兰格尼效应。 4.一种用于 激光熔覆的激光热源 模拟系统， 其特 征是， 包括有： 粉床模型， 采用离 散元技术根据真实的粉末颗粒 大小及其分布比例建立； 激光热源模块， 为平面热源模型， 控制在不同的垂直位置拥有不同热源半径以将平面 热源转换为体热源； 传热模块， 用于设定加热工艺 参数并模拟控制激光热源的前进； 熔池流动模块， 用于设定熔池流动的驱动力并模拟驱动； 将建立的粉床模型置于 需要熔覆的基体表面， 所述激光热源模块在传热模块的控制下 进行对粉床模型进行照射， 所述熔池流动模块进行工艺参数模拟， 对模拟的参数及成形结 果进行记录分析。 5.根据权利要求4所述的用于激光熔覆的激光热源模拟系统， 其特征是， 熔池流动模块 设定的驱动力具体包括有： 表面张力， 简化 为等效的压力作用于熔池表面； 蒸汽反冲力， 作为激光功率高于设定值时熔池的主导驱动力， 具体为： 式中， P0是金属沸点蒸汽压， Tlv是金属沸点温度， Llv是熔融金属蒸发时的有限焓； 马兰格尼效应， 熔池中温度的梯度变化引起表面张力的梯度变化， 驱散液体发生流动， 具体为 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115221707 A 2式中， 是表面张力对温度的灵 敏度， L0是熔池的特征长度， 一般为熔池的宽度， GT是温 度梯度， μ是 熔池中液态金属的粘度， α 是 热扩散系数。 6.一种用于激光熔覆的激光热源模拟装置， 其特征在于， 所述模拟装置包括存储器； 以 及 耦合到所述存储器的处理器， 该处理器被配置为执行存储在所述存储器中的指令， 所 述处理器执行以下操作： 采用离散元技术根据真实的粉末颗粒 大小及其分布比例建立粉床模型； 控制平面热源模型在不同的垂直位置处具有不同的激光热源半径， 将激光面热源转换 为激光体热源； 将粉床模型置 于需要熔覆的基 体表面， 设置初始条件及边界条件； 模拟熔池演化过程， 用激光热源照射粉床模型， 对粉床模型进行加热， 随激光热源的前 进， 使粉床模型 出现熔化 ‑蒸发‑凝固的物理现象变化； 获取模拟过程的工艺 参数及模拟完成后的成形 结果， 用于分析指导。 7.一种用于激光熔覆的激光热源模拟平台， 其特征在于， 所述平台包括服务器， 服务器 具有存储器； 以及 耦合到所述存储器的处理器， 该处理器被配置为执行存储在所述存储器中的指令， 所 述处理器执行以下操作： 采用离散元技术根据真实的粉末颗粒 大小及其分布比例建立粉床模型； 控制平面热源模型在不同的垂直位置处具有不同的激光热源半径， 将激光面热源转换 为激光体热源； 将粉床模型置 于需要熔覆的基 体表面， 设置初始条件及边界条件； 模拟熔池演化过程， 用激光热源照射粉床模型， 对粉床模型进行加热， 随激光热源的前 进， 使粉床模型 出现熔化 ‑蒸发‑凝固的物理现象变化； 获取模拟过程的工艺 参数及模拟完成后的成形 结果， 用于分析指导。 8.一种存储介质， 其上存储有计算机程序， 其特征在于， 该程序被处理器执行时， 实现 如权利要求1至 3中任一所述的方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115221707 A 3