熔融沉积制造成型过程的数值模拟

摘要

本文应用大型有限元分析软件ANSYS中的“单元生死”技术模拟成型过程中材料的堆积，考虑随温度变化而变化的热传导、比热容等热物性参数，建立了熔融沉积制造工艺过程的三维温度场和应力场的有限元模型，用焓处理相变潜热的影响。　　本文应用所建立的有限元模型，讨论了不同扫描速度对成型零件应力及变形的影响。从理论上验证了高速扫描的合理性和可行性。又分析了不同扫描方式及长宽比对温度、应力分布的影响。　　本文的有限元模拟结果与相关文献报道的实验结果有较好的一致性，说明本文所建立的有限元模型是合理的，可以很好的模拟熔融沉积制造快速成型成型零件的翘曲变形，这为指导工艺的发展方向、合理地选择工艺参数提供了理论依据。

目录

文摘

英文文摘

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北京化工大学学位论文原创性声明

第1章概述

1.1快速成型的原理

1.2快速成型技术的工艺回顾

1.3有关研究领域的历史、现状和前沿发展情况

1.3.1快速成型技术的发展历史、现状

1.3.2快速成型技术的应用及发展趋势

1.4课题来源、目的及意义

1.4.1课题来源

1.4.2选题目的及意义

1.5课题研究的主要内容

第2章FDM熔融沉积制造技术简介

2.1 FDM熔融沉积制造的工艺原理

2.2 FDM熔融沉积制造的工艺过程

2.2.1设计三维CAD模型

2.2.2三维CAD模型的近似处理

2.2.3对STL文件进行分层处理

2.2.4造型

2.2.5后处理

2.3工艺特点总结

2.4 FDM工艺成型过程中影响成型件精度的因素

2.4.1材料性能的影响

2.4.2喷头温度和成型室温度的影响

2.4.3挤出速度的影响

2.4.4扫描速度与挤出速度交互的影响

2.4.5分层厚度的影响

2.4.6成型时间的影响

2.5本章小结

第3章FDM熔融沉积制造成型过程的有限元模型的建立

3.1 ANSYS有限元程序简介

3.2“单元生死”技术

3.3算法设计

3.4单元类型的选取

3.4.1 SOLID70三维实体热单元

3.4.2 SOLID45三维实体结构单元

3.4.3 SURF152表面效应单元

3.5热分析

3.5.1热分析分类

3.6耦合场分析

3.6.1耦合场分析的定义

3.6.2耦合场分析的分类

3.7物理模型的建立

3.8材料模型的定义

第4章扫描速度对FDM工艺过程影响的有限元分析

4.1有限元模型的建立

4.2不同扫描速度的比较结果

4.2.1温度、应力和应变与时间的对应关系

4.2.2扫描速度与应力极值的关系

4.2.3扫描速度与应力波动的关系

4.2.4扫描速度与变形翘曲的对应关系

4.2.5扫描速度与最后温度分布的关系

第5章扫描方式对FDM成型件精度影响的有限元分析

5.1 FDM的扫描方式

5.2有限元模型的建立

5.3不同扫描方式的结果比较

5.3.1温度分布与应力分布的对应关系

5.3.2不同长宽比与角点al应力变化的关系

5.3.3扫描方式与变形翘曲的关系

5.4结果分析

第6章结论

参考文献

致谢

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