Prediction of residual stresses in metal LPBF parts through a holistic multiscale simulation approach
Notice bibliographique
Résumé
Laser Powder Bed Fusion (LPBF) has emerged as a revolutionary additive manufacturing process for the manufacture of complex metallic components, but various challenges still curtail its widespread use by industries. Among these challenges, deformations caused by residual stresses accumulated during printing can lead to severe defects ranging from low geometric accuracy of the as-printed parts to build failure caused by cracking or warpage. Numerical simulation of the LPBF process can help understanding the thermomechanical behavior of a part during printing and predicting its warpage without actually running any costly printing job. In this context, we present a holistic multiscale finite element analysis (FEA) simulation methodology that is able to predict the residual stresses and their associated deformations in metal LPBF parts. A common obstacle in the numerical simulation of the LPBF process is the number of different spatial and temporal scales involved. While part-scale builds usually have a size in the scale of centimeters and take hours to be built, the laser beam operates on a much smaller scale, typically in the scale of micrometers and the timescale of the order of microseconds. Simulating the entire process at the meso-scale level is not tractable in practice and a multiscale simulation methodology is thus warranted. The continuum approach we have developed involves solving two distinct numerical problems at the meso-scale and at the partscale levels, respectively. The meso-scale model is a high-fidelity coupled thermomechanical simulation of the LPBF process that takes into account the dynamics of powder melting and solidification caused by a moving heat source representing the laser beam and its resulting strains and stresses in the material. This problem is solved on a small domain representative of the laser hatch pattern over short time periods (millimeters / seconds) and yields so-called “inherent strains” that are extracted in accordance with the modified Inherent Strain method. The part-scale model uses a layer-by-layer approach, with possible layer lumping, to simulate the LPBF process on full-scale parts. Its simplified physical models give access to the evolution of temperature in the part over the duration of the build and leverages the inherent strains extracted from the meso-scale model to predict the deformations of as-built parts. Our approach will be demonstrated on cantilevers and results will be compared with experimental data.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».