严文涛;林，斯蒂芬;卡夫卡，猎户座L。;连燕平;于、成;刘泽良;颜金辉;莎拉·沃尔夫;吴浩;恩迪普·阿格博尔，埃博特;莫伊塔巴·莫扎法尔;科尔内尔·埃曼;曹健;格雷戈里·瓦格纳。;刘永锦 数据驱动的多尺度多物理模型，用于推导增材制造的过程-结构-性能关系。 （英语） Zbl 1471.74081号 计算。机械。 61，第5期，521-541（2018）. 摘要：增材制造（AM）在无需专用工具即可操纵任意形状最终产品的材料组成、结构和性能方面具有诱人的潜力。由于物理过程很难通过实验测量，因此数值建模是理解潜在物理机制的有力工具。本文基于AM材料过程-结构-性能关系的综合材料建模，介绍了我们在这方面的最新工作。AM过程中出现的众多影响因素激发了对新型快速设计和优化方法的需求。为此，我们建议将数据挖掘作为一种有效的解决方案。这些方法——用于过程结构、结构属性和连接它们的设计阶段——将允许AM处理和材料的设计循环。我们希望本文将提供一个路线图，使AM能够对AM处理的监视和高级诊断有基本的了解。 引用于21文件 MSC公司： 74S99型 固体力学中的数值方法和其他方法 74A99型 固体连续介质力学的一般性、公理学和基础 关键词：添加剂制造;数据挖掘;材料建模;设计优化 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{W.Yan}等人，计算。机械。61，第5号，521--541（2018；Zbl 1471.74081） 全文： 内政部 参考文献： [1] ASTM（2014）添加剂制造技术标准术语。ASTM国际，西康舍霍肯（2014） [2] 杨，L；哈里森，O；西部，H；Cormier，D，电子束熔化制备的ti-6al-4V auxetic网状结构的压缩性能，《材料学报》，60，3370-3379，（2012）·doi:10.1016/j.actamat.2012.03.015 [3] Ge W，Lin F，Guo C（2015）电子束选择性熔化Ti-6Al-4V/Ti-Al结构梯度材料的微观结构和力学性能。地址：德克萨斯州奥斯汀市第26届固体自由制造国际年会 [4] Ge，W；郭，C；Lin，F，使用ti-6al-4V和ti-45al-7nb混合预合金粉末通过电子束选择性熔炼合成的组件的微观结构，稀有金属材料工程，442623-2627，（2015）·doi:10.1016/S1875-5372（16）60006-1 [5] 郭，C；Ge，W；Lin，F，《双材料电子束选择性熔化：硬件开发和验证研究》，工程，1124，（2015）·doi:10.15302/J-ENG-2015013 [6] 马，C；Gu，D；戴，D；陈，W；Chang，F；元，P；Shen，Y，通过机械合金化和选择性激光熔融固结制备的具有混杂增强体的铝基纳米复合材料，J Mater Res，30，2816-2828，（2015）·doi:10.1557/jmr.2015.267 [7] Tan，X；Kok，Y；Tan，YJ；描述，M；Mangelinck，D；托尔，SB；Leong，KF；Chua，CK，通过电子束熔化制造的添加剂ti-6al-4V的分级微观结构和机械性能，《材料学报》，97，1-16，（2015）·doi:10.1016/j.actamat.2015.06.036 [8] Ramsperger M，Körner C（2016）单晶镍基高温合金CMSX-4的SEBM。地点：德国纽伦堡第一届EBAM会议 [9] Dehoff，R；Kirka，M；塞姆斯，W；Bilheux，H；特雷姆辛，A；洛，L；Babu，S，通过电子束添加剂制造实现晶体晶粒定向的现场特定控制，Mater SciTechnol，31931-938，（2015） [10] 宾夕法尼亚州莫顿；Mireles，J；门多萨，H；科尔德罗，PM；本尼迪克特，M；Wicker，RB，通过电子束熔炼添加剂制造技术从定制微观结构中增强低周疲劳性能，机械设计杂志，137111412，（2015）·数字对象标识代码：10.1115/1.4031057 [11] Yadroitsau I（2009）选择性激光熔化：通过选择性激光熔化金属粉末直接制造3D物体。Lambert学术出版社，萨尔布吕肯 [12] Yan W，Ge W，Smith J，Wagner G，Lin F，Liu WK（2015）《走向高质量选择性束熔炼技术：单轨结构的建模和实验》。地址：德克萨斯州奥斯汀市第26届固体自由制造国际年会 [13] Kundakcioglu，E；拉佐格鲁，I；Rawal，S，三维自由结构激光添加剂制造的瞬态热建模，国际先进制造技术杂志，85，493-501，（2016）·doi:10.1007/s00170-015-7932-2 [14] 罗伯茨，I；王，C；埃斯特林，R；斯坦福，M；Mynors，D，附加层制造中金属粉末激光熔化过程中温度场的三维有限元分析，国际J机械工具制造，49，916-923，（2009）·doi:10.1016/j.ijmachtools.2009.07.004 [15] 帕里，L；阿什克罗夫特，I；Wildman，R，通过热机械模拟了解激光扫描策略对选择性激光熔化中残余应力的影响，Addit Manuf，12，1-15，（2016）·doi:10.1016/j.addma.2016.05.014 [16] 海格尔，J；Michaleris，P；Reutzel，E，ti-6al-4V定向能量沉积添加剂制造的热力学模型开发和验证，Addit Manuf，5，9-19，（2015）·doi:10.1016/j.addma.2014.10.003 [17] 霍奇，N；费伦茨，R；Solberg，J，《用于模拟选择性激光熔化的热力学模型的实现》，计算力学，54，33-51，（2014）·doi:10.1007/s00466-014-1024-2 [18] J·史密斯；熊，W；曹，J；Liu，WK，附加制造材料的热力学一致微观结构预测，计算力学，57，359-370，（2016）·Zbl 1382.74126号 ·doi:10.1007/s00466-015-1243-1 [19] Ghosh S（2006）激光辅助DMD过程中凝固微观结构和瞬态热应力的过程建模。罗拉密苏里大学博士论文 [20] 乙型念珠菌炎；Chantzis，D；Salonitis，K，《用有限元方法模拟金属粉末床添加剂制造过程：评论》，Proc Inst Mech Eng Part B J Eng Manuf，231，96-117，（2017）·doi:10.1177/095440541456567522 [21] 科纳，C；鲍埃里，A；Attar，E，粉末选择性束流熔化过程中的基本固结机制，Modeling Simul Mater Sci Eng，21，085011，（2013）·doi:10.1088/0965-0393/21/8/085011 [22] 南非哈伊拉腊；安德森，AT；鲁宾西克，A；King，WE，《激光粉末层聚变添加剂制造：复杂熔体流动物理和孔隙、飞溅和剥蚀区的形成机制》，《马特学报》，108，36-45，（2016）·doi:10.1016/j.ctamat.2016.02.014 [23] 邱，C；Panwisawas，C；沃德，M；巴索阿尔托，HC；JW布鲁克斯；Attallah，MM，《选择性激光熔化过程中熔体流入表面结构和孔隙度发展的作用》，《马特学报》，96，72-79，（2015）·doi:10.1016/j.actamat.2015.06.004 [24] Rai，A；马克尔，M；Körner，C，用于添加剂制造期间晶粒结构模拟的耦合细胞自动机-晶格Boltzmann模型，计算机材料科学，124，37-48，（2016）·doi:10.1016/j.commatsci.2016.07.005 [25] Panwisawas，C；邱，C；MJ安德森；Sovani，Y；特纳，RP；阿塔拉，MM；JW布鲁克斯；Basoalto，HC，选择性激光熔化的中尺度模拟：热流体动力学和微观结构演化，计算机材料科学，126479-490，（2017）·doi:10.1016/j.commatsci.2016.10.101 [26] 弗朗索瓦，M；孙，A；国王，W；亨森，N；Torret，D；Bronkhorst，C；卡尔森，N；纽曼，C；Haut，T；巴科西，J；等。，金属添加剂制造工艺建模：挑战与机遇，Curr Opin固态材料科学，21，24513，（2017）·doi:10.1016/j.cosms.2016.12.001 [27] J·史密斯；熊，W；严，W；林，S；程，P；卡夫卡，OL；GJ瓦格纳；曹，J；Liu，WK，《金属基添加剂制造的连接过程、结构、性能和性能：具有实验支持的计算方法》，Comput Mech，57，583-610，（2016）·Zbl 1382.74140号 ·doi:10.1007/s00466-015-1240-4 [28] 勒德斯，S；沃尔默，M；布伦内，F；Tröster，T；Niendorf，T，选择性激光熔炼钛合金tial6v4的疲劳强度预测，Metal Mater Trans A，46，3816-3823，（2015）·doi:10.1007/s11661-015-2864-x [29] Hedayati，R；Hosseini-Toudeshky，H；萨迪吉，M；Mohammadi-Aghdam，M；Zadpoor，A，加成型多孔金属生物材料疲劳行为的计算预测，国际疲劳杂志，84，67-79，（2016）·doi:10.1016/j.ijfatigue.2015.11.017 [30] 严，W；Ge，W；J·史密斯；林，S；卡夫卡，OL；林，F；Liu，WK，功能梯度材料电子束熔化的多尺度模型，《材料学报》，115，403-412，（2016）·doi:10.1016/j.actamat.2016.06.022 [31] 严，W；J·史密斯；Ge，W；林，F；Liu，WK，电子束与衬底相互作用的多尺度模型：一种新的热源模型，Compute Mech，56，265-276，（2015）·Zbl 1329.74077号 ·doi:10.1007/s00466-015-1170-1 [32] 载体，P；Yue，S，304不锈钢脉冲电子束点焊过程中的能量吸收：Monte-Carlo模拟和现场温度测量，真空，142114-122，（2017）·doi:10.1016/j.vacuum.2017.04.039 [33] 严，W；钱，Y；Ge，W；林，S；刘，WK；林，F；Wagner，GJ，选择性电子束熔化中多层制备过程的细观模型：层间/轨道空洞形成，Mater Des，141，210-219，（2018）·doi:10.1016/j.matdes.2017.12.031 [34] 严，W；Ge，W；钱，Y；林，S；周，B；刘，WK；林，F；Wagner，GJ，电子束选择性熔化中单/多裂纹缺陷机制的多物理建模，《材料学报》，134，324-333，（2017）·doi:10.1016/j.actamat.2017.05.061 [35] Yan W，Lin S，Kafka OL，Yu C，Liu Z，Lian Y，Wolff S，Cao J，Wagner GJ，Liu WK增材制造的建模过程-结构-性能关系。Front Mech Eng（接受） [36] Johnson K，Kendall K，Roberts A（1971）表面能与弹性固体的接触。收录：《伦敦皇家学会学报A：数学、物理和工程科学》，第324卷。《皇家学会》，第301-313页 [37] 希特，CW；Nichols，BD，自由边界动力学的流体体积（vof）方法，计算物理杂志，39，201-225，（1981）·Zbl 0462.76020号 ·doi:10.1016/0021-9991（81）90145-5 [38] Lian Y，Lin S，Yan W，Liu WK，Wagner GJ添加剂制造过程中晶粒生长的并行三维元胞自动机模型。计算力学（已接受）·Zbl 1470.74072号 [39] Kurz，W；乔瓦诺拉，B；Trivedi，R，《快速凝固过程中微观结构发展理论》，《金属学报》，34，823-830，（1986）·doi:10.1016/0001-6160（86）90056-8 [40] 利普顿，J；格利克斯曼，M；Kurz，W，过冷合金熔体中的枝晶生长，材料科学与工程，65，57-63，（1984）·doi:10.1016/0025-5416（84）90199-X [41] 甘丹，C-A；Rappaz，M，预测凝固过程中枝晶结构的耦合有限元-细胞自动机模型，《金属学报》，422233-2246，（1994）·doi:10.1016/0956-7151（94）90302-6 [42] Dezfoli，ARA；黄，W-S；黄，W-C；Tsai，T-W，《激光入射后金属晶粒结构的测定与控制：理论方法》，科学代表，7，41527，（2017）·doi:10.1038/srep41527 [43] 哈希米，H；Sliepcevich，C，求解二维相变热传导问题的数值方法，化学工程与程序Symp-Ser，63，34-41，（1967） [44] 沃尔夫，SJ；林，S；费尔森，EJ；刘，WK；GJ瓦格纳；Cao，J，将局部冷却与定向能沉积（DED）处理的ti-6al-4V的性质联系起来的框架，Acta Mater，132106-117，（2017）·doi:10.1016/j.actamat.2017.04.027 [45] 刘，Z；JA摩尔；Aldousari，SM；赫迪亚，HS；阿西里，南非；Liu，WK，基于统计描述符的任意夹杂物形状非均匀材料的体积积分微观力学模型，计算力学，55，963-981，（2015）·Zbl 1329.74026号 ·doi:10.1007/s00466-015-1145-2 [46] 刘，Z；贝萨，M；Liu，WK，自洽聚类分析：非弹性非均匀材料的有效多尺度方案，计算方法应用机械工程，306319-341，（2016）·Zbl 1436.74070号 [47] 刘，Z；JA摩尔；Liu，WK，《探测聚合物纳米复合材料界面性质的扩展微观力学方法》，《机械物理固体杂志》，95，663-680，（2016）·doi:10.1016/j.jmps.2016.05.002 [48] 古里，O；Amsallem，D；博尔达斯，SPA；刘，WK；Kerfriden，P，《计算损伤微观力学中构建降阶模型的荷载路径自动选择：从耗散驱动随机选择到贝叶斯优化》，计算力学，58，213-234，（2016）·Zbl 1398.74053号 ·doi:10.1007/s00466-016-1290-2 [49] Liu Z，Kafka OL，Yu C，Liu WK（2018）晶体塑性异质材料的数据驱动自洽聚类分析。In:Onate E，Peric D，de Souze Neto E，Chiumenti M（eds）计算塑性进展。施普林格，第221-242页·Zbl 1493.74017号 [50] 马萨诸塞州Groeber；马萨诸塞州杰克逊，梦想。3D：3D微观结构分析的数字表示环境，Integr-Mater Manuf Innov，3，5，（2014）·doi:10.1186/2193-9772-3-5 [51] JA摩尔；弗兰克尔，D；Prasannavenkatesan，R；Domel，AG公司；奥尔森，英国；Liu，WK，基于晶体塑性的镍钛合金微观结构与超高周疲劳寿命关系研究，国际J疲劳，91，183-194，（2016）·doi:10.1016/j.ijfatigue.2016.06.006 [52] 穆利内克，H；Suquet，P，计算具有复杂微观结构的非线性复合材料整体响应的数值方法，Comput Methods Appl Mech Eng，15769-94，（1998）·Zbl 0954.74079号 ·doi:10.1016/S0045-7825（97）00218-1 [53] JA摩尔；马，R；Domel，AG公司；Liu，WK，具有复杂微观结构的填充弹性体阻尼性能的有效多尺度模型，Compos-Part B Eng，62，262-270，（2014）·doi:10.1016/j.composites.2014.03.005 [54] 贝萨，M；博斯塔纳巴德，R；刘，Z；胡，A；阿普利，DW；布林森，C；陈，W；Liu，WK，《不确定性下材料数据驱动分析框架：对抗维度诅咒》，计算方法应用机械工程，320，633-667，（2017）·Zbl 1439.74014号 ·doi:10.1016/j.cma.2017.03.037 [55] Witten IH，Frank E（2005）《数据挖掘：实用机器学习工具和技术》。伯灵顿摩根考夫曼·Zbl 1076.68555号 [56] 马尼，M；车道，BM；马萨诸塞州唐梅兹；Feng，SC；Moylan，SP，《添加剂制造金属粉末床熔合过程实时控制的测量科学需求综述》，国际生产研究杂志，55，1400-1418，（2017）·doi:10.1080/00207543.2016.1223378 [57] Zhao C，Fezzaa K，Cunningham RW，Wen H，De Carlo F，Chen L，Rollett AD，Sun T（2017）使用高速X射线成像和衍射实时监测激光粉末床熔化过程。科学代表7:3602 [58] Yan W，Lian Y，Yu C，Kafka OL，Liu Z，Liu WK，Wagner GJ增材制造的集成过程-结构-性能建模框架。（审查中） [59] 刘，WK；S年6月；张毅，再现核粒子方法，国际数值方法流体，201081-1106，（1995）·Zbl 0881.76072号 ·doi:10.1002/fld.165020824 [60] 特德，B；卢，Y；Gu，L，无元素Galerkin方法，国际数值方法工程杂志，37，229-256，（1994）·Zbl 0796.73077号 ·doi:10.1002/nme.1620370205 [61] Lian，Y；张，X；Liu，Y，自适应有限元材料点法及其在极端变形问题中的应用，计算方法应用机械工程，241275-285，（2012）·Zbl 1353.74072号 ·doi:10.1016/j.cma.2012.06.015 [62] 弗内里，F；刘，W；Moran，B，层次材料的多尺度微纯理论，《机械物理固体杂志》，552603-2651，（2007）·Zbl 1159.74314号 ·doi:10.1016/j.jmps.2007.04.008 [63] 唐，S；上午Kopacz；Chan O'Keeffe，S；奥尔森，英国；Liu，WK，并行多分辨率有限元：公式和算法方面，计算力学，52，1265-1279，（2013）·兹比尔1398.74410 ·doi:10.1007/s00466-013-0874-3 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。