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专利号: 2022106544600
申请人: 郑州职业技术学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种电火花多通道沉积表面强化及其制备复合涂层的仿真计算方法,其特征在于,包括如下步骤:

步骤一、建立三维几何模型,利用ANSYS SCDM、DM建模软件建立三维几何模型;

步骤二、材料属性设置,根据实际工况,在Engineering Data中添加沉积斑和基体的材料属性;

步骤三、几何模型的网格划分,将步骤一所得三维几何模型导入Meshing中进行网格划分,并将沉积斑的热源加载面、其他边界面分别命名,将基体和沉积斑几何体的材料属性进行定义;

步骤四、放电通道热源加载;

步骤五、沉积斑产生及其复合涂层的制备,对于电火花多通道放电沉积斑的产生以及复合涂层制备的瞬态过程,采用ANSYS中的生死单元方法进行该完整过程的模拟;

步骤六、温度场求解计算及其结果后处理;

步骤七、结构计算分析;

步骤八、应力应变求解计算及其结果后处理。

2.根据权利要求1所述的电火花多通道沉积表面强化及其制备复合涂层的仿真计算方法,其特征在于,步骤一中,所述三维几何模型中基体表面复合涂层为至少两层,每一层厚度为1μm‑200μm,所述复合涂层材料为至少两种材料组成。

3.根据权利要求1所述的电火花多通道沉积表面强化及其制备复合涂层的仿真计算方法,其特征在于,步骤四具体包括如下内容:对于电火花多通道沉积的移动热源,利用ANSYS中的APDL语言编写子程序的方法予以实现,将其沿沉积方向的总长度等分为N段,然后在每一段上施加多放电通道沉积产生的多个高斯(Gauss)分布的热源并进行计算,该步计算完成后,将温度场结果作为下一段加载的初始值进行处理,依次循环,即可模拟热源的移动。

4.根据权利要求3所述的电火花多通道沉积表面强化及其制备复合涂层的仿真计算方法,其特征在于,电火花多通道沉积产生复合涂层过程中的脉冲放电总能量可以通过式(1)计算;

式中:U(t)为放电电压;I(t)为放电电流;t为脉冲放电时间;n为沉积电极数量即单脉冲放电产生的放电通道数量。

5.根据权利要求3所述的电火花多通道沉积表面强化及其制备复合涂层的仿真计算方法,其特征在于,电火花沉积产生的热源为高斯(Gauss)分布的表面热源,对于多个移动热源可采用下式(2)进行描述;

式中:n为沉积电极数量即单脉冲放电产生的放电通道数量;qn为第n个电极产生的热流密度;Qn为第n个电极产生热流密度峰值;k为能量集中系数;Rn为沉积电极半径或热源作用半径;x、y为0s时刻沉积电极或热源的中心点坐标值;l为两沉积电极间的距离;v为电极移动速度;t为时间。

6.根据权利要求3所述的电火花多通道沉积表面强化及其制备复合涂层的仿真计算方法,其特征在于,基体、单个沉积斑以及复合涂层的温度场还受到热对流影响,在Transient Thermal瞬态热分析模块中插入对流(convection)条件,以火花放电形成的通道区域为分界线,区域以内的范围即热源加载面施加高斯(Gauss)分布热源,通道区域以外的地方即非热源加载面则施加热对流形式的载荷,并设置环境温度,其方程可以通过式(3)表示;

式中:λ为材料的导热系数;z为材料的深度方向;hc为对流换热系数;Ts为电极材料温度;T0为周围环境的气体介质温度。

7.根据权利要求1所述的电火花多通道沉积表面强化及其制备复合涂层的仿真计算方法,其特征在于,步骤五具体包括如下内容:采用多个沉积斑累积形成复合涂层结构的方法进行模拟,需要对每个沉积斑几何体进行生死单元设置,从而达到符合加工工况的要求;

首先,在Analysis Settings中设置计算分析步数及每步持续时间;

其次,在Transient Thermal瞬态热分析模块中插入生死单元(Element birth and death)并选择对应的沉积斑几何体,并对该沉积斑几何体在每个分析步中的存在或死亡属性进行设置。

8.根据权利要求1所述的电火花多通道沉积表面强化及其制备复合涂层的仿真计算方法,其特征在于,步骤六具体包括如下内容:在Solution模块中插入Temperature温度场,并选中后右键点击solve进行求解计算,求解计算完成后,在Solution模块中可以查看温度分布云图、热流密度变化以及沉积斑产生及复合涂层制备过程。

9.根据权利要求1所述的电火花多通道沉积表面强化及其制备复合涂层的仿真计算方法,其特征在于,步骤七具体包括如下内容:在ANSYS Workbench平台调用Transient Structural瞬态结构分析模块,将温度场计算结果加载到瞬态结构分析模块进行顺序耦合,采用生死单元方法对沉积斑几何体的产生进行设置,设置沉积斑与沉积斑之间、沉积斑与基体材料之间的各个接触面进行绑定接触设置,设置合理的边界约束条件。

10.根据权利要求1所述的电火花多通道沉积表面强化及其制备复合涂层的仿真计算方法,其特征在于,步骤八具体包括如下内容:设置计算步数与时间步长,在Solution模块中插入Equivalent Stress效应力、Total Deformation热变形,并选中后右键点击solve进行求解计算,求解计算完成后,在Solution模块中查看瞬态热应力和热变形结果。