【摘 要】
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选择性激光熔化（Selective Laser Melting,SLM）在智能制造的时代潮流中占据着重要的地位。但是其复杂的成形机制使得SLM成形件的品质难以掌控。仅通过耗时昂贵的实验研究已经不能满足SLM工业化发展的需要,借由计算机辅助的数值模拟计算已经成为研究SLM过程的重要途径。目前SLM过程数学模型的构建大多采用基于网格的方法（FEM和VOF）,本文采用无网格的光滑粒子流体动力学（Smoo
【基金项目】
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国家自然基金项目（51874209）； 山西省科技重大专项（20191102007）；
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选择性激光熔化（Selective Laser Melting,SLM）在智能制造的时代潮流中占据着重要的地位。但是其复杂的成形机制使得SLM成形件的品质难以掌控。仅通过耗时昂贵的实验研究已经不能满足SLM工业化发展的需要,借由计算机辅助的数值模拟计算已经成为研究SLM过程的重要途径。目前SLM过程数学模型的构建大多采用基于网格的方法（FEM和VOF）,本文采用无网格的光滑粒子流体动力学（Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH）方法构建了SLM过程的数学模型。因为SPH方法计算时不以网格为基础,在处理自由表面流动以及多相流时非常适用,故采用SPH方法对SLM过程进行数学模型的构建可行性极高。本文主要进行了以下研究工作:构建了基于SPH方法的SLM过程的三维数学模型。采用Navier-Stokes方程控制连续性金属液流动;采用弱可压缩状态方程及粘性本构完成内部流体粒子压力和应力的求解;采用连续表面张力模型、润湿效应模型以及马兰戈尼剪切力模型模拟熔池形态及其演化;采用Beer-Lambert-type热源模型体现激光与粉床的热作用;考虑导热和相变模型对熔池温度场的影响;采用刚体运动模型来模拟颗粒增强材料中颗粒的运动。通过溃坝、三维液滴演化、液滴壁面润湿、平板件热传导以及物块落水五个经典算例验证了所用模型的准确性。根据构建的数学模型探究了SLM过程中的温度场和速度场。讨论了不同激光功率下的熔池形貌和温度,并与不同数值方法的温度场的模拟结果进行了对比,验证了SPH方法对SLM过程模拟的精确性。初步探究了添加Ti C颗粒的金属基复合材料的SLM过程,为相关的研究和软件开发奠定了基础。
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