凝固/熔化仿真的案例
計算流體力學(xué)--多相流仿真專題
有關(guān)凝固?熔化仿真的討論在這一章就要結(jié)束了。現(xiàn)在不僅能模擬液體的凝固及固體的熔化等過程，就是包括氣相在內(nèi)的氣液固三湘流的模擬，也正在成為現(xiàn)實可能。這樣的軟件就可以適用于各種各樣的計算模擬對象。
來源：MSC軟件
COMSOL激光粉末床熔化的羽流仿真 ￥3000
對于COMOSL的模擬主要集中在粉末熔化的熔池，相變等方面考慮，同時，附帶考慮了背景氣體。這里我們換一個是思路取思考，主要考慮反沖物質(zhì)（壓力）對背景氣體的影響，或說背景氣體對燒蝕形貌的影響。這里我們對空氣和材料都采用動網(wǎng)格的方式建模。主要采用的模塊：層流動網(wǎng)格+流體傳熱等模塊。
目前，這個模型全球好像只發(fā)了兩篇SCI一區(qū)，還有很大的擴展空間。
石蠟加熱熔化的多物理場耦合仿真 ￥800
<p>基于<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/comsol" rel="noopener noreferrer" target="_blank">COMSOL仿真</a>平臺，模擬了石蠟受熱熔化后的溫度場和流場的變化過程，本例設(shè)計了石蠟和金屬導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，通過對金屬的加熱和導(dǎo)熱，使得石蠟產(chǎn)生相變，發(fā)生熔化，且內(nèi)部流場發(fā)生變化。具體模擬結(jié)果如下：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202109/9d2a6ae4eea84a73b3e2db3b2ed96057.jpg" alt="m1.jpg"></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202109/3c3b2742e5124bc480e71f330019b2b0.gif" alt="Untitled1.gif"></p><p>感興趣的朋友可下載模型源文件進(jìn)行查看。</p><p><br></p>
展開 增材專欄 l 選區(qū)激光熔化SLM金屬3D打印的熔池及單道熔覆層仿真分析
視頻：粉末在激光作用下發(fā)生變化的過程
本期，安世亞太的仿真專家借助離散元分析軟件Rocky和計算流體動力學(xué)分析軟件Ansys Fluent 對激光選區(qū)熔化鋪粉過程及單道熔覆層的形成過程進(jìn)行仿真分析，并在一定工況范圍內(nèi)研究了激光功率、激光掃描速度和鋪粉層厚這三個參數(shù)對打印熔池及單道熔覆層的影響，該仿真過程的實現(xiàn)可以更直觀的研究激光選區(qū)熔化制備機理并為相關(guān)工藝參數(shù)優(yōu)化提供指導(dǎo)。
通過對激光選區(qū)熔化激光與粉末的相互作用，單道熔池內(nèi)金屬熔體的流動過程，相應(yīng)工藝條件下熔池的形態(tài)及最終熔覆層的特性進(jìn)行研究可以深入理解SLM制備機理，并可對SLM制備工藝設(shè)計和優(yōu)化提供指導(dǎo)。
離散元分析可以對撒粉和鋪粉過程進(jìn)行模擬，從而建立粉末床模型；選區(qū)激光熔化SLM金屬3D打印熔池及單道熔覆層的形成過程仿真可以采用計算流體動力學(xué)分析實現(xiàn)。
加工原理及粉末床模型的建立
激光選區(qū)熔化（Selective Laser Melting；SLM）樣品制備過程中以激光作為能量源熔化粉末形成熔池，且熔池內(nèi)的金屬會產(chǎn)生流動，隨著激光的移開，熔池凝固形成了單道熔覆層。熔池及單道熔覆層的特性影響著最終所制備零件的質(zhì)量。
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增材專欄 l 選區(qū)激光熔化SLM金屬3D打印的熔池及單道熔覆層仿真分析
視頻：粉末在激光作用下發(fā)生變化的過程
本期，安世亞太的仿真專家借助離散元分析軟件Rocky和計算流體動力學(xué)分析軟件Ansys Fluent 對激光選區(qū)熔化鋪粉過程及單道熔覆層的形成過程進(jìn)行仿真分析，并在一定工況范圍內(nèi)研究了激光功率、激光掃描速度和鋪粉層厚這三個參數(shù)對打印熔池及單道熔覆層的影響，該仿真過程的實現(xiàn)可以更直觀的研究激光選區(qū)熔化制備機理并為相關(guān)工藝參數(shù)優(yōu)化提供指導(dǎo)。
通過對激光選區(qū)熔化激光與粉末的相互作用，單道熔池內(nèi)金屬熔體的流動過程，相應(yīng)工藝條件下熔池的形態(tài)及最終熔覆層的特性進(jìn)行研究可以深入理解SLM制備機理，并可對SLM制備工藝設(shè)計和優(yōu)化提供指導(dǎo)。
離散元分析可以對撒粉和鋪粉過程進(jìn)行模擬，從而建立粉末床模型；選區(qū)激光熔化SLM金屬3D打印熔池及單道熔覆層的形成過程仿真可以采用計算流體動力學(xué)分析實現(xiàn)。
加工原理及粉末床模型的建立
激光選區(qū)熔化（Selective Laser Melting；SLM）樣品制備過程中以激光作為能量源熔化粉末形成熔池，且熔池內(nèi)的金屬會產(chǎn)生流動，隨著激光的移開，熔池凝固形成了單道熔覆層。熔池及單道熔覆層的特性影響著最終所制備零件的質(zhì)量。
展開 Ansys Workbench 膠粘凝固過程，變形等效仿真 ￥15
問題：
最近遇到一個仿真項目：一個光滑薄板粘貼在基板上，要求評估膠粘凝固后平面的變形量。作為一位結(jié)構(gòu)仿真工程師，關(guān)于膠粘凝固過程的仿真——膠水由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，似乎和結(jié)構(gòu)仿真沒什么關(guān)系，自己也不知道如何進(jìn)行計算。所以就查詢了deepseek和豆包，然后就知道了ansys官方已經(jīng)針對該問題設(shè)計了一個ACT插件專門用于模擬膠粘凝固過程的仿真： ACCS Ansys Composite Cure Simulation （收費插件，人窮志短買不起，哎！）
然后就查詢了一些關(guān)于膠粘過程的論文，其中“車身制造用鋁合金-鋼膠接接頭固化變形及固化失效機理研究-朱曉搏”寫的比較詳細(xì)，指出膠粘過程大致階段如下，詳細(xì)內(nèi)容請參考原文。
? 第一階段：從開始加熱起始直至溫度升高到膠層的凝膠點結(jié)束。在這一階段中，膠層為粘流態(tài)，表現(xiàn)為高粘度的流體。
? 第二階段從膠粘劑凝膠開始，經(jīng)歷整個保溫階段至溫度下降到玻璃化溫度為止。整個階段，膠層處于高彈態(tài)。這一階段是整個固化過程中膠層屬性最為復(fù)雜的階段。包括膠層固化反應(yīng)收縮和溫度、膠層狀態(tài)等多方面因素共同影響。
? 第三階段由玻璃化溫度開始直至膠層溫度冷卻至室溫。在此階段中，膠層完全固化，處在玻璃態(tài)，其物理屬性只與溫度相關(guān)。在此狀態(tài)下，膠層的鏈段被凍結(jié)，變形能力很小，具有較高的模量。
這里結(jié)合當(dāng)前工作需求和實際狀態(tài)，以上述論文中的膠粘凝固過程為基礎(chǔ)，嘗試了一個偷懶的仿真方式。其中論文中的第一階段，膠層為流體狀態(tài)，結(jié)構(gòu)變形應(yīng)力，不予考慮；論文中的第二階段，這里只考慮膠層的固化反應(yīng)體積收縮，其余不考慮。同時該階段膠層材料的物理屬性由固化后屬性按比例衰減估計；論文中的第三階段則為降溫體積收縮過程。所以，本文針對膠粘固化過程的仿真變?yōu)閮蓚€階段。
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視頻：粉末在激光作用下發(fā)生變化的過程
本期，安世亞太的仿真專家借助離散元分析軟件Rocky和計算流體動力學(xué)分析軟件Ansys Fluent 對激光選區(qū)熔化鋪粉過程及單道熔覆層的形成過程進(jìn)行仿真分析，并在一定工況范圍內(nèi)研究了激光功率、激光掃描速度和鋪粉層厚這三個參數(shù)對打印熔池及單道熔覆層的影響，該仿真過程的實現(xiàn)可以更直觀的研究激光選區(qū)熔化制備機理并為相關(guān)工藝參數(shù)優(yōu)化提供指導(dǎo)。
通過對激光選區(qū)熔化激光與粉末的相互作用，單道熔池內(nèi)金屬熔體的流動過程，相應(yīng)工藝條件下熔池的形態(tài)及最終熔覆層的特性進(jìn)行研究可以深入理解SLM制備機理，并可對SLM制備工藝設(shè)計和優(yōu)化提供指導(dǎo)。
離散元分析可以對撒粉和鋪粉過程進(jìn)行模擬，從而建立粉末床模型；選區(qū)激光熔化SLM金屬3D打印熔池及單道熔覆層的形成過程仿真可以采用計算流體動力學(xué)分析實現(xiàn)。
加工原理及粉末床模型的建立
激光選區(qū)熔化（Selective Laser Melting；SLM）樣品制備過程中以激光作為能量源熔化粉末形成熔池，且熔池內(nèi)的金屬會產(chǎn)生流動，隨著激光的移開，熔池凝固形成了單道熔覆層。熔池及單道熔覆層的特性影響著最終所制備零件的質(zhì)量。
展開 多晶硅鑄錠爐定向凝固技術(shù)——考慮馬蘭戈尼效應(yīng)的COMSOL固液相變傳熱仿真（含CAE模型） ￥216
本模型解決的是多晶鑄錠爐內(nèi)的多晶硅定向凝固現(xiàn)象，抽象為物理問題就是考慮馬蘭戈尼效應(yīng)的固液相變問題。
關(guān)鍵詞：固液相變、定向凝固、馬蘭戈尼效應(yīng)、流體流動、相界面、表面對表面的熱輻射
1、模型幾何
從內(nèi)到外依次為硅液、石英坩堝、石墨臺、加熱器、保溫筒、爐壁。
2、處理方法
固液相變的處理辦法可以大致分為動網(wǎng)格法和偽流體方法。
偽流體的處理方法也可以包含多種，比如固液相變中將固體的粘度取得很大，固體在粘性力作用下產(chǎn)生的運動可以被忽略。比如固液相變中將流體假設(shè)為在多孔介質(zhì)中流動，當(dāng)孔隙率為1的時候可以近似為全部為沒有孔隙的固體，而孔隙率為0的時候即為流體。
由于定向凝固中全部液態(tài)的硅要轉(zhuǎn)化為全部固態(tài)的硅，相界面從無到有，再消失。使用動網(wǎng)格雖然可以捕捉清晰的相界面，但是最終無法得到最后的相界面的拓?fù)渥兓虼耍灸Ｐ筒捎玫氖莻瘟黧w處理方法。
3、材料參數(shù)
除液體硅外，其余材料的材料參數(shù)均假設(shè)為常數(shù)，不隨溫度變化。
圖 硅液材料參數(shù)
圖 固體硅材料參數(shù)
圖 石英材料參數(shù)
圖 石墨材料參數(shù)
圖 保溫筒材料參數(shù)
圖 爐壁材料參數(shù)
4、物理場
模型添加了固體和液體傳熱、層流、表面對表面的輻射、非等溫流動、馬蘭戈尼效應(yīng)。
5、研究
研究分為加熱和降溫兩個階段。
加熱過程中假設(shè)所有物質(zhì)都是固體，僅考慮固體傳熱，得到10h后的溫度分布。
降溫過程選則的初始條件是5h的鑄錠爐狀態(tài)，因為5h后硅料已經(jīng)全部融化為液態(tài)，直接降溫可以進(jìn)行定向凝固。
6、結(jié)果
圖 升溫5h后的溫度分布
圖 降溫0.7h后的溫度分布
圖 降溫0.6、0.7、0.8、0.9h后的固液界面
圖 降溫0.7h后的固液界面及流線
7、模型建立
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