2026
Вестник ДВО РАН, ВАК
Article
В статье представлено концептуальное решение ключевой проблемы математического моделирования технологических процессов лазерной обработки металлических деталей — создания целостной сквозной модели, связывающей технологические параметры с формирующейся микроструктурой и свойствами сплавов. Математическое моделирование демонстрирует свой потенциал как надежный, недорогой и эффективный инструмент для прогнозирования качества материала, аддитивно создаваемого с помощью процесса «прямой подвод энергии лазера и металлического материала» или DED-LB. Несмотря на преимущества процессов DED-LB по сравнению с традиционными методами производства, до сих пор отсутствует полное понимание того, как могут формироваться тепловые поля, морфология и дефекты в процессе обработки. Разработанная методология соединяет в себе расчет динамики тепловых полей и морфологических характеристик материала путем последователь- ной интеграции трех модулей: 1) определение и подготовка необходимых исходных параметров для начала вычислительного процесса с заданием нелинейных гранич- ных условий и температурно-зависимых свойств; 2) расчет температурных полей на основе уравнения теплопроводности; 3) моделирование эволюции микроструктуры на основе кинетики зарождения и роста зерен. Ключевым элементом методологии является алгоритм, в котором выходные данные одного модуля становятся детер- минированно-вероятностными входными параметрами для следующего модуля. Данный подход позволяет прогнозировать распространение температурных полей, размер зерна, тип морфологии и оценивать механические свойства наплавленного материала в зависимости от значений технологических параметров, заданных ин- женером-технологом. Представленный алгоритм моделирования тепловых и кри- сталлизационных процессов послужит основой для динамической математической модели технологического процесса лазерного аддитивного производства DED-LB, что позволит заменить или существенно сократить количество дорогостоящих и длительных по времени экспериментов.