孔洞特征模型特征分割及自适应分层算法

目的 针对传统整体式3D打印分层算法对孔洞特征模型分层处理时层厚不够合理、难以较好平衡成形精度和成形效率等问题,通过改进分层算法,实现了孔洞特征模型3D打印成形精度和成形效率的提升。方法 首先确定模型上下水平面区域,剔除该区域的三角面片,使孔洞特征三角面片与其他部分处于非邻接状态,其次通过建立三角面片拓扑结构,将模型孔洞特征包含的三角面分离,最后以当前层相交三角面片法向量与z轴最小夹角为层厚判据,分别对模型孔洞特征及其他部分进行自适应分层,并将模型各部分分层路径整合,形成完整的模型3D打印机执行代码。结果 示例模型分层模拟及实际打印结果表明,对于实验所用的螺母模型和拇指轮模型,与三角面片法向量自适应分层算法相比,所提算法的模型成形精度分别提升了20.18%和62.68%,打印耗时分别缩短了34 min和11 min。结论 对于孔洞特征模型,采用分离模型孔洞特征与单独自适应分层的策略,能够较好地提升模型成形精度,并且缩短模型成形时间。     

3D打印双点渐进成形支撑模具的可行性

目的为了更快速、简单、有效地完成双点渐进成形加工中支撑模具的加工。方法采用3D打印设备完成支撑模具加工,用加工完成的模具作为支撑,通过板料渐进成形技术对1 mm厚的铝板进行成形,选取8个标本点测量工件的壁厚,并与普通模具完成的零件进行比较,再对3D模具成形的工件进行成形精度分析。结果通过实验数据分析,板料壁厚变化完全符合正弦定律,计算出的理论轮廓与实际轮廓的成形精度偏差绝对值算术平均值基本符合生产要求。结论这种与3D打印技术相结合的双点渐进成形加工工艺完全可行,与普通模具相比节省了模具加工经费,降低了渐进成形加工的时间。     

焊接快速成形技术的发展现状

焊接快速成形技术是近几十年才发展起来的新型制造技术,具有高灵活性、低成本和高生产效率等优点,在军事、医疗、交通、教育等许多行业都得到了广泛应用。简单介绍了焊接快速成形技术的原理及特点,概述了以钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、等离子弧焊、激光焊、电子束焊为基础的焊接快速成形技术国内外的发展现状,指出了焊接快速成形技术在发展中存在的问题,并就关于成形精度、成形性能、成形材料的问题进行了分析。     

纳米材料微阵列超塑微成形机理与尺度效应

微成形技术是未来批量制造高精密微小零件的关键技术,但是,微小尺度下材料的塑性变形行为不仅表现出明显的尺度效应,而且零件尺度已经接近常规材料的晶粒尺寸,每个晶粒的形状、取向、变形特征对整体变形产生复杂的影响,难以保证微成形的工艺稳定性。本项目采用纳米材料进行微成形,制造微阵列,零件内部包含大量的晶粒,可以排除晶粒复杂性的影响,而且纳米材料具有超塑性,在超塑状态下,变形抗力和摩擦力都明显降低,从而显著降低微成形工艺对模具性能的苛刻要求,提高工艺稳定性和成形精度。目前,纳米材料超塑性微成形技术方面的研究极少,变形时纳米材料的力学行为、变形机理、尺度效应、位错演化、力学模型等关键问题还有待研究。采用电沉积技术制备晶粒尺寸可控的纳米材料,将工艺实验研究、性能测试、组织分析、力学性能表征、数值模拟相结合,深入探究了纳米材料微阵列超塑性微成形机理和成形规律,以促进该技术的广泛应用。     

TU1触头托冷精锻工艺及模具设计

目的针对TU1触头托零件工艺中加工效率低、生产成本高、加工后得到的零件表面质量难以达到要求等缺点,提出了一种新的冷精锻成形工艺方案。方法利用Deform-3D软件对其成形过程进行数值模拟分析,得到变形挤压力及等效应力应变分布规律。结果利用一次挤压能够完全成形斜边槽及端面台阶,并且在此基础上设计了触头托成形模具,通过实验方法成形出了尺寸精度和表面质量均符合要求的零件。结论表明了该工艺方案和模具结构设计的可行性和实用性,为触头托零件的批量生产提供了一种更经济有效的方法。     

316L不锈钢电弧增材制造工艺研究

目的 研究电弧增材制造过程中焊接速度和层间冷却时间对成形件精度和力学性能的影响。方法 使用316L不锈钢焊丝在钢板上进行20层往复式堆积试验,设置了不同的焊枪运行速度和层间冷却时间,完成了4个金属薄壁墙体的制备,对沉积样品的形貌外观、显微组织、硬度和拉伸性能进行了研究。结果 4组试样的制备过程都比较稳定,表面成形良好,层与层结合较为平滑,层间分明,无裂纹、塌陷等缺陷出现。当层间冷却时间达到一定值时,熔池凝固,样品的成形精度和高度较为稳定。单位时间内加入熔池的金属质量和热输入均随着焊接速度的增大而减小,不同焊接速度下沉积样品的层高和层宽不同。由于焊接速度增大、热输入减小,试样的硬度略微增大,拉伸性能增强。沿薄壁件的构建方向,4组试样的维氏硬度曲线呈波浪形,从每个熔合层的底部到顶部逐渐降低。结论 增材制造工艺参数对产品的成形质量、显微组织和力学性能都有影响,在保证成形过程稳定的前提下,提高焊枪堆积速度能提高产品的力学性能。     

基于脉冲等离子焊接快速成形工艺研究

为了提高快速成形零件的成形精度,采用脉冲等离子焊接快速成形方法,利用所建立的机器人快速成形系统,研究了峰值电流、焊接速度、占空比、送丝速度等工艺参数对成形轨迹宽高比的影响规律,并建立了快速成形轨迹间搭接模型以及层间高度的计算模型,分析了单道成形轨迹的宽高比对多道搭接表面平整度的影响规律.结果表明,选择宽高比较大的成形轨迹进行快速成形,有利于提高成形件的表面平整度,降低孔洞等缺陷的产生.合适的层间高度参数以及热输入量的控制能够有效地提高薄壁结构件的成形精度.     

快速成形技术中材料成形性的研究进展

简要介绍了几种典型的快速成形技术的基本原理,分析了快速成形技术中材料的研究和应用现状,讨论了快速成形技术中材料的快速成形性问题,并指出研究和开发快速成形材料和对新材料的快速成形性的研究是材料与制造工程科学的一个重要发展方向。     

基于FDM的3D打印PLA层间黏结机制及质量分析

介绍了熔融沉积快速成形(FDM)技术的原理和工艺特点.根据杨氏方程,结合成形工艺过程,分析了熔融沉积快速成形的层间黏结机制.为实现FDM的普通原型向功能原型转变,以Creatbot 3D打印机为成形设备,选用直径为3.0mm的PLA丝材为成形耗材,研究了成形工艺参数对工件层间黏结质量的影响.层间黏结强力随喷头移动速率和层厚的增大而增大.在保证足够强力的前提下,综合考虑工件成形效率和表面质量,合理设置了成形工艺参数.     

金属板材数控渐进成形工艺的研究进展

为了总结过去十几年国内外学者对板材数控渐进成形工艺技术的研究进展,对渐进成形工艺成形机理方面的研究成果进行了综述,分析了其材料变形的特点;全面概述了近年来国内外学者有关成形工艺参数对成形极限、成形精度、表面质量及能耗和效率的影响方面的研究成果,并介绍了国内外金属板材渐进成形装备的研究进展,最后对新兴的板材渐进成形工艺进行了总结概括。现有研究表明,成形件几何精度、表面质量和成形效率等方面的不足仍然是制约该技术广泛工业化应用的关键问题,同时渐进成形件的形性协同控制机理也亟待研究。     

复合层合矩形板水下声辐射解析计算

基于一阶剪切形变理论(FSDT),建立四边简支矩形复合层合板水下声辐射解析模型,采用一种基于定积分的方法计算板表面流载声压,以提高辐射声阻抗的运算效率。为验证算法的正确性,将所得结果与数值计算方法进行了对比。1阶剪切形变理论计算结果也与经典层合板理论(CLPT)的计算结果进行了比较,指出其在计算复合层合板声辐射时的优势。最后分析了跨厚比,铺层角度等参数对声辐射的影响,为结构噪声控制提供参考。     

Transient Response in Cross-Ply Laminated Cylinders and Its Application to Reconstruction of Elastic Constants

An efficient hybrid numerical method is presented for investigating transient response of cross-ply laminated axisymmetric cylinders subjected to an impact load. In this hybrid numerical method, the laminated cylinder is divided into layered cylindrical elements in the thickness direction. The Hamilton principle is used to develop governing equations of the structure. The displacement response is determined by employing the Fourier transformations and the modal analysis. Numerical examples for analyzing transient waves have been provided in axisymmetric laminated cylindrical structures, both for thin cylindrical shells and thick cylinders.
A computational inverse technique is also presented for reconstructing elastic constants of axisymmetric crossply laminated cylinders from the surface displacement response data, using the present hybrid numerical method as the forward solver and neural network as the inverse operator. This technique is utilized to reconstruct the elastic constants of an axisymmetric laminated cylindrical shell.     

A Discrete-Layer Model of Laminated Hygrothermopiezoelectric Plates

The steady-state and transient behavior of laminated hygrothermopiezoelectric plates is studied under the coupled effects of mechanical, electrical, thermal, and moisture fields. A three-dimensional discrete-layer model is developed for analyzing rectangular multilayered laminated plates with various types of boundary condition. Excitations on the laminates are specified as surface traction, electric potential, temperature, and/or moisture concentration on top, interlaminar, and bottom surfaces. The discrete-layer model employs one-dimensional finite-element approximations in the through-thickness direction and two-dimensional in-plane analytical functions (e.g., trigonometric and polynomial functions). The transient problem is formulated in a standard matrix form and then solved by direct step-by-step integration using the Newmark beta method. Numerical examples are demonstrated for problems of simply supported conditions and for hygrothermal diffusion in an infinite plate. The discrete-layer model is verified by comparing with available exact solutions, and also some new results are presented.     

基于灵敏度分析的复合材料层合板优化设计

工程结构中的复合材料层合板的几何参数往往具有随机性质.如何研究随机参数层合板的灵敏度,并对参数进行优化分析,这对正确估计结构设计的可靠性有着非常重要的意义.根据层合板的一阶剪切理论,采用样条有限元法,推导并建立了层合板的振动方程,刚度矩阵,质量矩阵,比例阻尼矩阵以及求解反对称层合板响应灵敏度的计算公式,在基于灵敏度分析的基础上,进行了复合材料层合板的基频分析和优化设计,并用网格法计算最佳铺层角.数值算例验证了算法的有效性.     

基于直接搜索方法的层合板多目标优化设计

直接多目标搜索方法(DMS)是一种不需要计算梯度信息并且能实现全局收敛的多目标优化方法。基于直接多目标搜索方法,以简支层合板铺设角度为设计变量,基频和声功率为目标函数进行层合板结构振动与声多目标优化。分别以4层、8层复合材料层合板为例,用DMS方法对其优化设计,并与传统的遗传算法(GA)对比。结果表明,对于4层复合材料层合板,DMS方法比GA方法优化速度快,且能得到全局最优解;对于8层复合材料层合板,用DMS方法比4层板优化所需时间多,但相比GA方法,DMS方法优化更快。     

复合材料叠层梁的冲击响应特性

用平面应力模型来模拟复合材料叠层梁，得到了正交各向异性叠层梁的频率和模态函数，并用间接模态叠加法（IMSM）求得了叠层梁的瞬态响应。针对正交各向异性单层梁，把研究结果与Timoshenko梁结果进行了的比较，说明了厚度效应对冲击响应的重要影响。对叠层梁受冲击过程中其内部的应力特征及波传播现象进行了分析。     

板式橡胶支座滑动的地震响应分析

支座是桥梁中的支承部分,是连接桥梁上部结构和下部结构的重要构件,板式橡胶支座常直接放置于墩顶,水平力传递完全靠接触面间的摩擦力作用,在地震作用下可能会发生滑动。通过建立单墩计算模型,对板式橡胶支座滑动的动力性能进行分析。为了克服由于板式橡胶支座滑动引起的梁体移位震害的不足,以一连续梁桥为研究背景,利用Midas软件进行了非线性时程反应分析,探讨目前板式橡胶支座桥梁所存在的问题,提出将梁桥中对称桥墩处改置一铅芯橡胶支座的地震位移控制方法。结果表明：该方法能够有效地控制支座以及其上梁体的地震位移,减少落梁震害的发生。     

《压电层合板的振动主动控制》

利用一阶剪切变形理论推导压电层合板的抗弯刚度,由Hamilton变分原理建立压电层合板的有限元模型,采用模态叠加方法对有限元模型降阶。在应变最大处配置制动器和传感器,并采用二次线性控制的独立模态空间控制法来进行板结构的主动控制。数值算例验证了这种力学建模方法和控制方法的有效性。     

Research Progress of Laminated Composite Ceramic Cutting Tools

The design of the lamination structure based on bionic shell pearl layer is a successful method for toughening ceramics. Lamination with strong bonding interfaces is used to improve the mechanical property and low fracture toughness of ceramic cutting tools. Based on the idea of demand–design–preparation–analysis–failure, the development and research progress of laminated ceramic tools are reviewed herein. The research status of design, interlayer diffusion reaction, residual stress, toughening mechanism, and crack propagation path of the biomimetic laminated ceramic composite tool materials is mainly introduced. The major topics of current research include the creation of material systems, the evolution of microstructure, and the assessment of macroscopic mechanical properties. The entire mechanical properties of laminated ceramic tools are significantly influenced by the multicomposition design of the ceramic material system and the optimization design of structural parameters of layer number and layer thickness ratio. However, the research on the practical cutting application of laminated ceramic tools is limited. Cutting tool wear characteristics vary between laminated and homogeneous ceramic tools. The development of useful laminated ceramic cutting tools can greatly benefit from the study on failure mechanisms of laminated ceramic tools.     

基于竹集成材的家具产品设计技术研究

目的 竹材具有密度大、强度高、纹理通直、弯曲性能好等特点,且竹资源丰富,是建筑行业及家具产业中的重要资源之一。“以竹代木”的设计理念可有效缓解木质资源缺乏的问题,但过度依赖于木家具的设计方法,使竹集成材家具产品丧失了自身的“个性”。针对上述问题,进行科学分析,为竹集成材家具产品设计提供参考依据。方法 以竹材为基材,从材性、色彩、强度及与其他材质的适配性上进行充分分析,探索性提出几种适合竹集成材家具产品设计的策略。结论 从竹材基本属性入手,得出竹集成材家具构件轻量化设计策略;不同的工艺处理后的竹集成材能够得到不同的装饰效果,得出基于平面及色彩构成零件搭配设计方法;基于竹集成材的尺寸稳定性及与其他材质的相适应性,得出与多种材质搭配的设计策略。