CN115795953A - 一种增材制造过程结构断裂与变形预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增材制造过程结构断裂与变形预测方法，包括步骤一：建立相应工艺参数下的热弹塑性模型，获取温度场分布结果和应力场分布结果；步骤二：根据步骤一中建立的热弹塑性模型，提取其对应的平均化固有应变矢量；步骤三：根据步骤二中的固有应变矢量，利用固有应变法预测结构的应力变形分布，预判断裂出现的危险截面位置；步骤四：根据步骤二中结构应力变形分布结果，建立内聚力模型，进行增材制造过程中结构断裂变形的可视化预测。本发明的预测方法可以实现增材制造过程中结构断裂变形的可视化预测，为增材制造工程领域提供理论参考依据，降低实际制造中的风险与成本。

Description

一种增材制造过程结构断裂与变形预测方法

技术领域

本发明属于激光增材制造和快速成形技术领域，具体涉及一种增材制造过程结构断裂与变形预测方法。

背景技术

增材制造技术采用离散化手段逐层堆积的原理，按照数字化模型，将粉材或丝材等原材料逐层固化堆积来制造实体零件。增材制造相比于传统制造方式具有柔性高、制造周期短、不受零件结构和材料限制等优点。激光粉末床熔融是增材制造中的重要制造方式，激光选区熔化以移动激光为热源，按照设定的扫描策略，对粉末床进行逐道加热、熔化和凝固，逐层累积成形零件。

在激光粉末床熔融过程中，由于熔池周围的高温度梯度及成形零件经历的反复热循环，使得零件产生复杂的温度和应力演变，进而导致严重的残余应力。随着沉积层数的增加，逐渐累积的残余应力会导致零件在制造过程中出现翘曲、塌陷、分层、开裂等问题，严重影响零件的成形精度，甚至导致打印中断。

对于在激光粉末床熔融过程中易发生断裂的结构，如薄壁结构和悬垂结构等，合理的工艺参数和结构设计是影响结构成形的重要因素，仅通过实验方法逐一试错会造成时间和成本的巨大浪费。在实际制造过程中，当断裂后变形较大时可以通过铺粉质量判断；当断裂后变形较小时，仅通过打印件的表面难以确定其内部情况，仅能在打印结束后检查成形质量。传统的单一热弹塑性模型或固有应变法等方法仅能实现应力和变形的模拟，难以预测制造过程中零件的断裂、断裂之后的裂纹扩展及变形的演化过程。

综上所述，亟需一种新的方法来解决现有的增材制造过程中结构断裂变形可视化预测难的问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种增材制造过程结构断裂与变形预测方法，以克服现有模拟方法中增材制造结构断裂预测困难、可视化程度低的缺点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种增材制造过程结构断裂与变形预测方法，包括以下步骤：

步骤一：建立相应工艺参数和扫描策略下的热弹塑性模型，获取温度场分布结果和应力场分布结果；

步骤二：根据步骤一中建立的热弹塑性模型，提取其对应的平均化固有应变矢量；

步骤三：根据步骤二中的固有应变矢量，利用固有应变法预测结构的应力变形分布，预判断裂出现的危险截面位置；

步骤四：根据步骤三中结构应力变形分布结果，建立内聚力模型，进行增材制造过程中结构断裂变形的可视化预测。

进一步地，所述步骤一具体包括：

步骤1.1：热弹塑性模型由小尺寸传热模型和小尺寸静力学模型两部分组成，首先建立小尺寸传热模型，在有限元分析软件Abaqus中建立基板与两层沉积层的几何模型，进行网格的划分，在材料属性中设置热物理性参数，建立热传递分析步，将每层沉积层单元建立为一个集合，在相互作用模块中，将每层沉积层单元集合分别设置生死单元，实现每层沉积层单元集合的逐层激活，进行传热模型的初始化，定义环境温度为293K，当t＝0时施加热源之前初始温度为：

T(x，y，z，0)＝T₀(x，y，z)

步骤1.2：首先激活第一层沉积层，进行移动热源的模拟，第一层沉积沉积层结束后冷却20s，再激活第二层进行温度场模拟，最终沉积结束后冷却100s至室温，得出温度场分布结果，

移动热源的模拟的过程为：利用DFLUX子程序模拟相应工艺参数下的移动热源实现温度场模拟，所述工艺参数包括：激光功率、扫描速度、扫描策略、激光半径和道间距离，所述的热源为高斯热源：

其中A是粉末的激光吸收率，P是激光功率，单位W，r是光束半径，单位μm，D是激光穿透深度，单位μm，x、y、z为移动热源的坐标值，t为时间；

步骤1.3：基于所述传热模型，将热传递分析步替换为静力学分析步，更改网格类型，将温度场分布结果作为初始温度，进行小尺寸静力学模型初始化，在小尺寸静力学模型中将基板底面固定,限制底面的移动和变形：

U_x＝U_y＝U_z＝0

其中，U_x、U_y、U_z分别为x、y、z方向的位移，

通过小尺寸静力学模型得出激光粉末床熔融过程中的应力场分布结果。

进一步地，所述步骤二具体为：根据所述热弹塑性模型所得的温度场分布结果和应力场分布结果，选取第一层沉积层中不同位置的结点，提取各个结点随时间变化的弹性应变和塑性应变，计算出各位置的固有应变矢量ε^In，并将各位置的固有应变矢量平均化，得出平均化固有应变矢量，固有应变方程为：

其中

为热源刚经过且压缩应变达到峰值时的塑性应变，

为热源刚经过且压缩应变达到峰值时的弹性应变，

为零件冷却至环境温度时稳态的弹性应变，ε^In为固有应变值。

进一步地，所述步骤三包括：

步骤3.1：利用三维建模软件建立悬臂梁结构的三维模型，基于固有应变法，首先建立大尺寸传热模型，将悬臂梁结构的三维模型导入有限元分析软件Abaqus中，设置材料属性，建立传热分析步，划分网格，将每层单元建立为一个集合，在相互作用模块中，把每层单元集合分别设置生死单元，实现每层单元集合的逐层激活，在单元集合逐层激活过程中，把每层单元集合温度升高1K，得出悬臂梁结构逐层升温的温度场结果；

步骤3.2：基于所述大尺寸传热模型，将热传递分析步替换为静力学分析步，将平均化固有应变矢量作为热膨胀系数，将计算所得的悬臂梁结构逐层升温的温度场结果作为初始温度，进行大尺寸静力学模型初始化，通过大尺寸静力学模型，计算得出悬臂梁结构的应力变形分布结果，预判危险截面的位置，所述的固有应变矢量与热膨胀系数的关系方程为：

ε_i＝α_iΔT，i＝x，y，z

其中，ε_i为热应变，

为固有应变矢量，α_i为等效热膨胀系数，ΔT为温度变化量。

进一步地，所述步骤四具体包括：

步骤4.1：根据步骤三中悬臂梁结构的应力变形分布结果，基于步骤三中的大尺寸静力学模型，在危险截面位置插入Cohesive单元，进行内聚力模型的初始化；

步骤4.2：设置Cohesive单元的断裂阈值参数，包括Cohesive层厚、Cohesive刚度、失效强度及失效位移，在逐层仿真过程中，当应力变形超过Cohesive单元的断裂阈值时，Cohesive单元会一分为二，实现结构断裂的模拟，实现逐层制造过程中断裂产生和演化的可视化预测。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

本发明的仿真方法能够实现增材制造过程中断裂和变形的可视化预测，为实际制造提供参考依据，能够极大程度上提高实际增材制造过程中工艺参数和结构设计的合理性，降低工艺参数和结构设计的试错成本。

附图说明

图1是热弹塑性模型以及网格划分图；

图2是激光粉末床熔融过程中温度场分布结果图；

图3是激光粉末床熔融过程中应力场分布结果图；

图4是悬臂梁结构竖直方向的应力分布结果图；

图5是悬臂梁结构的内聚力模型图；

图6是激光功率200W，扫描速度1m/s时增材制造过程中悬臂梁断裂变形演化过程图；

图7是激光功率350W，扫描速度0.8m/s时增材制造过程中悬臂梁断裂变形演化过程图；

图8是悬臂梁结构预测的验证结果图；

图9是本发明一种增材制造过程结构断裂与变形预测方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

结合图9，一种增材制造过程结构断裂与变形预测方法，包括以下步骤：

步骤一：建立相应工艺参数和扫描策略下的热弹塑性模型，获取温度场分布结果和应力场分布结果；

步骤二：根据步骤一中建立的热弹塑性模型，提取其对应的平均化固有应变矢量；

步骤三：根据步骤二中的固有应变矢量，利用固有应变法预测结构的应力变形分布，预判断裂出现的危险截面位置；

步骤四：根据步骤三中结构应力变形分布结果，建立内聚力模型，进行增材制造过程中结构断裂变形的可视化预测。

进一步地，所述步骤一具体包括：

步骤1.1：热弹塑性模型由小尺寸传热模型和小尺寸静力学模型两部分组成，首先建立小尺寸传热模型，在有限元分析软件Abaqus中建立基板与两层沉积层的几何模型，进行网格的划分，在材料属性中设置热物理性参数，建立热传递分析步，将每层沉积层单元建立为一个集合，在相互作用模块中，将每层沉积层单元集合分别设置生死单元，实现每层沉积层单元集合的逐层激活，进行传热模型的初始化，定义环境温度为293K，当t＝0时施加热源之前初始温度为：

T(x，y，z，0)＝T₀(x，y，z)

步骤1.2：首先激活第一层沉积层，进行移动热源的模拟，第一层沉积沉积层结束后冷却20s，再激活第二层进行温度场模拟，最终沉积结束后冷却100s至室温，得出温度场分布结果，

移动热源的模拟的过程为：利用DFLUX子程序模拟相应工艺参数下的移动热源实现温度场模拟，所述工艺参数包括：激光功率、扫描速度、扫描策略、激光半径和道间距离，所述的热源为高斯热源：

其中A是粉末的激光吸收率，P是激光功率，单位W，r是光束半径，单位μm，D是激光穿透深度，单位μm，x、y、z为移动热源的坐标值，t为时间；

步骤1.3：基于所述传热模型，将热传递分析步替换为静力学分析步，更改网格类型，将温度场分布结果作为初始温度，进行小尺寸静力学模型初始化，在小尺寸静力学模型中将基板底面固定,限制底面的移动和变形：

U_x＝U_y＝U_z＝0

其中，U_x、U_y、U_z分别为x、y、z方向的位移，

通过小尺寸静力学模型得出激光粉末床熔融过程中的应力场分布结果。

进一步地，所述步骤二具体为：根据所述热弹塑性模型所得的温度场分布结果和应力场分布结果，选取第一层沉积层中不同位置的结点，提取各个结点随时间变化的弹性应变和塑性应变，计算出各位置的固有应变矢量ε^In，并将各位置的固有应变矢量平均化，得出平均化固有应变矢量，固有应变方程为：

其中

为热源刚经过且压缩应变达到峰值时的塑性应变，

为热源刚经过且压缩应变达到峰值时的弹性应变，

为零件冷却至环境温度时稳态的弹性应变，ε^In为固有应变值。

进一步地，所述步骤三包括：

步骤3.1：利用三维建模软件建立悬臂梁结构的三维模型，基于固有应变法，首先建立大尺寸传热模型，将悬臂梁结构的三维模型导入有限元分析软件Abaqus中，设置材料属性，建立传热分析步，划分网格，将每层单元建立为一个集合，在相互作用模块中，把每层单元集合分别设置生死单元，实现每层单元集合的逐层激活，在单元集合逐层激活过程中，把每层单元集合温度升高1K，得出悬臂梁结构逐层升温的温度场结果；

步骤3.2：基于所述大尺寸传热模型，将热传递分析步替换为静力学分析步，将平均化固有应变矢量作为热膨胀系数，将计算所得的悬臂梁结构逐层升温的温度场结果作为初始温度，进行大尺寸静力学模型初始化，通过大尺寸静力学模型，计算得出悬臂梁结构的应力变形分布结果，预判危险截面的位置，所述的固有应变矢量与热膨胀系数的关系方程为：

ε_i＝α_iΔT，i＝x，y，z

其中，ε_i为热应变，

为固有应变矢量，α_i为等效热膨胀系数，ΔT为温度变化量。

进一步地，所述步骤四具体包括：

步骤4.1：根据步骤三中悬臂梁结构的应力变形分布结果，基于步骤三中的大尺寸静力学模型，在危险截面位置插入Cohesive单元，进行内聚力模型的初始化；

步骤4.2：设置Cohesive单元的断裂阈值参数，包括Cohesive层厚、Cohesive刚度、失效强度及失效位移，在逐层仿真过程中，当应力变形超过Cohesive单元的断裂阈值时，Cohesive单元会一分为二，实现结构断裂的模拟，实现逐层制造过程中断裂产生和演化的可视化预测。

实施例

一种增材制造过程结构断裂与变形预测方法，包括：

步骤一：建立相应工艺参数和扫描策略下的热弹塑性模型，具体为：

热弹塑性模型由小尺寸传热模型和小尺寸静力学模型两部分组成，首先建立小尺寸传热模型，利用Abaqus有限元软件，建立包含基板和两层沉积层的小尺寸传热模型，定义材料的热物理性参数与力学参数，进行模型初始化。

参见图1，所述模型采用GH3536作为沉积材料，GH3536粉末的热物理性参数、力学参数和激光粉末床熔融工艺参数如表1、2、3所示。基板的尺寸为1400μm×2000μm×600μm，沉积层的尺寸为1200μm×600μm×60μm，每层沉积层的厚度为30μm。基板区域网格尺寸为50μm，沉积区网格尺寸为15μm。

表1.GH3536粉末的热物理性参数

表2.GH3536粉末的力学参数

表3.激光粉末床熔融GH3536工艺参数

为了模拟激光选区熔化过程中的逐层制造，在初始模型中设置生死单元，逐层激活。

首先进行温度场模拟，设定网格属性为DC3D8，利用Dflux子程序模拟各个扫描策略下的移动热源，所述的热源为高斯热源：

其中A是粉末的激光吸收率，P是激光功率(W)，r是光束半径(μm)，D是激光穿透深度(μm)。

定义环境温度为293K，当t＝0时施加热源之前初始温度为：

T(x，y，z，0)＝T₀(x，y，z)

首先激活第一层沉积层，进行移动热源的模拟，一层沉积结束后冷却20s，再激活第二层进行温度场模拟，最终沉积结束后冷却100s至室温，得出打印过程中温度场分布结果如图2所示。

将温度场计算结果作为初始温度，导入小尺寸静力学模型，将网格类型更改为C3D8R，采用弹性有限元模拟，得出应力场分布结果。在小尺寸静力学模中将基板底面固定,限制底面的移动和变形：

U_x＝U_y＝U_z＝0

其中，U_x、U_y、U_z分别为x、y、z方向的位移，计算所得打印过程中应力场分布结果如图3所示。

步骤二：根据步骤一建立的热弹塑性模型，提取其对应的固有应变矢量，具体为：

在热弹塑性模型中，选取第一层沉积层中多点，提取随时间变化的弹性应变和塑性应变。将提取的随时间变化的弹性应变和塑性应变，计算出各点的固有应变矢量。

其中

为热源刚经过且压缩应变达到峰值时的塑性应变，

为热源刚经过且压缩应变达到峰值时的弹性应变，

为零件冷却至环境温度时稳态的弹性应变，ε^In为固有应变值。

Z方向(打印方向)的固有应变矢量的值不影响残余应力和变形的预测结果，因为最上面的沉积层仅受到下面沉积层的约束，其上面是不受约束的，因此其Z方向(打印方向)的应变只是让当前层收缩，对下面的沉积层不会受到作用力。故取Z方向(打印方向)的固有应变矢量为零。

将各点的固有应变矢量平均化，得出最终该工艺参数下的平均化固有应变矢量，固有应变矢量为(-0.019,-0.019,0)。

步骤三：根据步骤二中的固有应变矢量，利用固有应变法预测结构的应力和变形分布，预判断裂出现的危险截面位置，具体为：

建立悬臂梁结构的三维模型，导入Abaqus有限元软件，设置室温(293K)下的材料属性，包括：密度、热导率、杨氏模量、泊松比、屈服强度和塑性应变，将固有应变矢量作为热膨胀系数，并划分网格，网格尺寸为0.48mm。

所述的固有应变矢量与热膨胀系数的关系方程为：

ε_i＝α_iΔT，i＝x，y，z

其中，ε_i为热应变，

为固有应变，α_i为等效热膨胀系数，ΔT为温度变化量。

建立热传递分析步，设置模型的初始温度为293K，单元类型为DC3D8，将每层单元建立为一个集合，每层网格尺寸对应于等效层的厚度，设置生死单元，每层单元逐步生成。

设置温度边界条件，每层单元生成时单元温度由293K提升为294K，使得ΔT＝寘K，得出悬臂梁结构逐层升温的温度场结果。

将计算所得的悬臂梁结构逐层升温的温度场结果导入大尺寸静力学模型中，将悬臂梁结构逐层升温的温度场结果作为初始温度，建立静力通用分析步，将网格类型更改为C3D8R，进行悬臂梁结构的应力变形模拟，得出悬臂梁结构的应力变形分布结果。

图4为悬臂梁结构的竖直方向应力的分布结果，发现在悬臂梁支撑与基板接触的位置附近存在极大的拉应力，预判断裂发生的危险截面位于基板与支撑的结合界面处,由于沉积过程中产生的热应力，导致悬臂梁结构在梁实体与支撑连接位置出现收缩变形，支撑出现向内的倾斜变形。

步骤四：根据步骤三中悬臂梁结构应力变形分布结果，建立内聚力模型，进行增材制造过程中结构断裂变形的可视化预测，具体为：

参见图5，根据步骤三中预判的断裂发生的危险界面的位置，即支撑与基板的结合界面处，进一步根据步骤三中建立的大尺寸静力学模型，在支撑与基板的结合界面处插入Cohesive单元。

设置Cohesive单元的断裂阈值，包括：Cohesive层厚、Cohesive刚度、失效强度及失效位移，并设置Cohesive单元的网格属性为COH3D8，悬臂梁结构的网格类型为C3D8R。

分析步类型为静力-通用，设置场输出为应力S、变形U、刚度梯度SDEG和状态变量STATUS

以步骤三中的悬臂梁结构逐层升温的温度场结果为预定义温度场，在仿真过程中，逐层生成，当应力变形超过Cohesive单元的断裂阈值时，Cohesive单元会一分为二，实现结构断裂的模拟。

参见图6，在表3所示的工艺参数下，悬臂梁结构在打印到2.44mm高度时，最外侧支撑开始断裂断裂，随着打印高度的增加，裂纹逐渐向内扩展，梁实体的上下表面出现弯曲变形，当打印到高度为4.88mm时，梁的上表面轮廓变为水平，当打印结束后，悬臂梁的左右各出现5组支撑的断裂，最外侧支撑的翘曲变形量为1.2mm。

参见图7，当将激光功率增大为350W，扫描速度降低为0.8m/s时，悬臂梁的断裂和翘曲变变形量更为严重，打印过程分为四个阶段，包括：正常打印阶段，断裂起始阶段，断裂后的翘曲变形，断裂并多层铺粉后的变形四个阶段。左右两侧支撑均发生断裂，最外侧支撑翘曲变形量为4.1mm。悬臂梁结构预测的验证结果如图8所示，模拟结果与验证结果一致。

通过前面的例子可以发现，基于热弹塑性模型、固有应变法和内聚力模型，通过固有应变的提取、应力变形分布的模拟、断裂危险界面的预判、断裂阈值的设定和结构断裂的模拟，实现了多种工艺参数下，增材制造过程中结构断裂变形可视化预测，验证结果如图8所示。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种增材制造过程结构断裂与变形预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：建立相应工艺参数和扫描策略下的热弹塑性模型，获取温度场分布结果和应力场分布结果；

步骤二：根据步骤一中建立的热弹塑性模型，提取其对应的平均化固有应变矢量；

步骤三：根据步骤二中的固有应变矢量，利用固有应变法预测结构的应力变形分布，预判断裂出现的危险截面位置；

步骤四：根据步骤三中结构应力变形分布结果，建立内聚力模型，进行增材制造过程中结构断裂变形的可视化预测。

2.根据权利要求1所述的增材制造过程结构断裂与变形预测方法，其特征在于，所述步骤一具体包括：

步骤1.1：热弹塑性模型由小尺寸传热模型和小尺寸静力学模型两部分组成，首先建立小尺寸传热模型，在有限元分析软件Abaqus中建立基板与两层沉积层的几何模型，进行网格的划分，在材料属性中设置热物理性参数，建立热传递分析步，将每层沉积层单元建立为一个集合，在相互作用模块中，将每层沉积层单元集合分别设置生死单元，实现每层沉积层单元集合的逐层激活，进行传热模型的初始化，定义环境温度为293K，当t＝0时施加热源之前初始温度为：

T(x，y，z，0)＝T₀(x，y，z)

步骤1.2：首先激活第一层沉积层，进行移动热源的模拟，第一层沉积沉积层结束后冷却20s，再激活第二层进行温度场模拟，最终沉积结束后冷却100s至室温，得出温度场分布结果，

移动热源的模拟的过程为：利用DFLUX子程序模拟相应工艺参数下的移动热源实现温度场模拟，所述工艺参数包括：激光功率、扫描速度、扫描策略、激光半径和道间距离，所述的热源为高斯热源：

其中A是粉末的激光吸收率，P是激光功率，单位W，r是光束半径，单位μm，d是激光穿透深度，单位μm，x、y、z为移动热源的坐标值，t为时间；

步骤1.3：基于所述传热模型，将热传递分析步替换为静力学分析步，更改网格类型，将温度场分布结果作为初始温度，进行小尺寸静力学模型初始化，在小尺寸静力学模型中将基板底面固定,限制底面的移动和变形：

U_x＝U_y＝U_z＝0

其中，U_x、U_y、U_z分别为x、y、z方向的位移，

通过小尺寸静力学模型得出激光粉末床熔融过程中的应力场分布结果。

3.根据权利要求2所述的增材制造过程结构断裂与变形预测方法，其特征在于，所述步骤二具体为：根据所述热弹塑性模型所得的温度场分布结果和应力场分布结果，选取第一层沉积层中不同位置的结点，提取各个结点随时间变化的弹性应变和塑性应变，计算出各位置的固有应变矢量ε^In，并将各位置的固有应变矢量平均化，得出平均化固有应变矢量，固有应变方程为：

其中

为热源刚经过且压缩应变达到峰值时的塑性应变，

为热源刚经过且压缩应变达到峰值时的弹性应变，

为零件冷却至环境温度时稳态的弹性应变，ε^In为固有应变值。

4.根据权利要求3所述的增材制造过程结构断裂与变形预测方法，其特征在于，所述步骤三包括：

步骤3.1：利用三维建模软件建立悬臂梁结构的三维模型，基于固有应变法，首先建立大尺寸传热模型，将悬臂梁结构的三维模型导入有限元分析软件Abaqus中，设置材料属性，建立传热分析步，划分网格，将每层单元建立为一个集合，在相互作用模块中，把每层单元集合分别设置生死单元，实现每层单元集合的逐层激活，在单元集合逐层激活过程中，把每层单元集合温度升高1K，得出悬臂梁结构逐层升温的温度场结果；

步骤3.2：基于所述大尺寸传热模型，将热传递分析步替换为静力学分析步，将平均化固有应变矢量作为热膨胀系数，将计算所得的悬臂梁结构逐层升温的温度场结果作为初始温度，进行大尺寸静力学模型初始化，通过大尺寸静力学模型，计算得出悬臂梁结构的应力变形分布结果，预判危险截面的位置，所述的固有应变矢量与热膨胀系数的关系方程为：

ε_i＝α_iΔT，i＝x，y，z

其中，ε_i为热应变，

为固有应变矢量，α_i为等效热膨胀系数，ΔT为温度变化量。

5.根据权利要求4所述的增材制造过程结构断裂与变形预测方法，其特征在于，所述步骤四具体包括：

步骤4.1：根据步骤三中悬臂梁结构的应力变形分布结果，基于步骤三中的大尺寸静力学模型，在危险截面位置插入Cohesive单元，进行内聚力模型的初始化；

步骤4.2：设置Cohesive单元的断裂阈值参数，包括Cohesive层厚、Cohesive刚度、失效强度及失效位移，在逐层仿真过程中，当应力变形超过Cohesive单元的断裂阈值时，Cohesive单元会一分为二，实现结构断裂的模拟，实现逐层制造过程中断裂产生和演化的可视化预测。

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