Моделирование селективного лазерного плавления

Описание

Решается динамическая задача теплопроводности с учётом движущегося источника тепла и фазовых переходов (плавления, испарения, застывания).

Физико-математическая модель процесса формулируется в виде нелинейного параболического уравнения в частных производных относительно энтальпии.

Определяющее уравнение решается численно неявной конечно-объёмной схемой на прямоугольной расчётной сетке, на каждом шаге по времени СЛАУ решается при помощи безматричной реализации итерационного метода сопряжённых градиентов.

Входные параметры

Параметры прямоугольной сетки: шаг, число элементов по каждой из трёх осей. Более мелкая сетка повышает точность, но увеличивает время расчёта. Ориентировочная мелкость – такая, чтобы на пятно лазера приходилось несколько ячеек.
Толщина слоя насыпанного порошка (в терминах числа элементов по вертикали). Ориентировочное значение – порядка 10 ячеек.
Параметры лазера: скорость (постоянная абсолютная скорость движения лазера по прямой), мощность лазера и радиус образованного лазером пятна на поверхности образца, в котором распределяется эта мощность.
Шаг по времени Δt и число шагов по времени. Рекомендуется использовать шаг по времени Δt, за который лазер проходит не более одной ячейки.
Физические параметры материала: плотность, теплоёмкость и теплопроводность для трёх фаз (твёрдой, жидкой, газообразной) и для порошка; температура и удельная теплота плавления и парообразования; коэффициент теплопередачи металл-воздух. Значения должны быть физически корректными и заданными в СИ.

Выходные параметры

В .pvd и .vtr файлах сохраняются зависимости от координаты и времени двух величин: энтальпии и фазы (с выделением порошка, подложки и затвердевшего материала). По этим величинам возможно пересчитать распределение температуры.