面向智能制造的数字化检测车间构建关键技术

数字化车间是将智能识别技术与柔性制造技术、生产组织系统以及其他管理系统的信息进行高度集成,构成具有自动化性质和综合信息流的集成制造系统。针对国内航空发动机零部件检测车间相关设施不完备、数字化程度不高的问题,研究数字化检测车间的构建需求,提出面向智能制造的数字化检测车间总体架构和构建的关键技术,为相关企业规划和建设数字化检测车间提供可参考的方向和依据。     

激光增材制造难熔金属研究进展

难熔金属由于具有优异的综合性能而广泛应用于航空航天、装备制造、核工业及生物医疗等领域。但是由于高熔点及高韧脆转变温度的特点,尚存在加工制造困难、生产周期长、对设备要求高等问题,从而限制了其应用与发展。激光增材制造是近年来新兴的数字化制造技术之一,为制造和加工难熔金属提供了新的发展思路。本文重点介绍了近年来激光增材制造难熔金属的热点领域,包括钨及钨基重合金、纯钼及钼硅硼合金、铌硅及铌钛合金和多孔钽,对尚存在的问题进行了总结,最后对激光增材制造难熔金属未来的发展方向进行了展望。     

Fuzzy‐sliding mode control of nonlinear smart base‐isolated building under earthquake excitation

In this paper, the effectiveness of the fuzzy sliding mode control strategy on three‐dimensional benchmark building with smart base isolation under seismic excitation has been examined. One of the appropriate control theories for such this nonlinear system is the sliding mode control theory; discontinuous sliding mode theory has weakness such as chattering phenomena. In this paper, we used a combination of fuzzy logic and sliding mode theory for the deletion of this defect. The proposed control theory has been scrutinized by applying on lately developed nonlinear three‐dimensional base‐isolated benchmark building. This building because of the three‐dimensional nature, coalescing of lateral and torsional responses, continuity of responses of the superstructure, and base is modeled with three degrees of freedom on every floor. In this building eight actuators assigned only at the base level and in the two directions (x, y). In other words, 16 actuators are located underneath the structure. Furthermore, the base isolation system has been modeled by considering lateral coupled equations for a better examination of the performance of the system. The results indicate that reduction of control performance is remarkable. Also, utilizing proposed control theory can decrease the responses of building in two main directions and, particularly, in the rotational degree of freedom.     

纤维增强复合材料及其结构研究进展

纤维增强复合材料因其轻质高强、可设计性和高耐久性在基础设施领域逐步得到关注与应用,通过结构体系创新,可部分替代钢和混凝土制造各类结构构件,满足建筑、桥梁、海洋等工程结构的强度、刚度及使用功能需求。国内外有关学者已进行了大量的研究和实践,基于相关成果从以下四个方面系统总结了国内外关于纤维增强复合材料结构的研究进展： 1） 组成材料及制造工艺方面,介绍了增强材料纤维、树脂基体和芯材的种类和性能,并阐述了几种典型制造工艺; 2） 基本构件与结构应用方面,归纳总结了复合材料筋索、型材、管材、板材以及夹芯结构的受力特点及在土木工程中的主要应用; 3） 复合材料结构力学理论方面,详细介绍了其基本力学性能以及冲击、疲劳、蠕变、耐火等性能,并阐述了监测与设计方法; 4） 复合材料结构耐久性方面,总结了温度、湿度、紫外线照射、化学介质（酸、碱、盐等）的侵蚀以及多因素耦合作用对其耐久性的影响,并归纳了耐久性提升技术研究现状。通过对基础设施领域复合材料结构的发展现状、应用的局限性以及前景的系统综述,促进复合材料结构的研究与工程应用。     

固溶温度对激光增材制造Inconel 718合金组织和性能的影响

目的探索激光增材制造Inconel718高温合金最理想的固溶处理制度。方法利用激光增材制造技术制备了Inconel 718合金,通过组织观察(光学显微镜和扫描电镜)、能谱分析和维氏硬度测试等方法,研究了固溶温度对其组织、析出相及硬度的影响。结果不同固溶温度对Inconel 718的晶粒尺寸有很大影响。在固溶温度1000℃下保温1 h,沉积层开始出现再结晶现象。当固溶温度继续增加到1080℃时,与沉积态的组织相比,晶粒明显细化且再结晶过程基本完成。此外,不同固溶温度条件下,Inconel718的相析出和溶解行为也有所差异。固溶温度为940℃时,在未溶解的Laves相周围存在明显的δ相,当固溶温度继续提高时,δ相由于固溶作用而数量减少。另外,不同固溶温度处理后的合金显微硬度也表现出规律变化。当固溶温度为940℃时,试样硬度高于沉积态硬度,但是随着固溶温度持续升高,合金的显微硬度开始迅速下降并低于沉积态硬度,1050℃时保持稳定;当温度高于1150℃时,显微硬度继续迅速下降。结论激光增材制造Inconel718合金的热处理制度不同于铸造和锻造的热处理制度,其较为理想的固溶制度为1080～1150℃保温1 h。     

激光熔化沉积AlSi10Mg成形特性及力学性能

目的研究激光熔化沉积Al Si10Mg铝合金的成形特性及力学性能。方法以颗粒度45～105μm的Al Si10Mg粉末为材料,6061铝合金为基板,利用光纤激光器在充氩舱内分别进行单层单道、竖直薄壁单墙体与倾斜薄壁墙体的成形试验。测试单墙体的抗拉强度与延伸率,并通过扫描电子显微镜和光学显微镜对微观组织形貌进行分析。结果单层单道沉积层高度与激光扫描速度负相关,与送粉速度成线性正相关;而沉积层宽度与扫描速度负相关,与激光功率正相关。沉积单墙体时,沉积前10层最不稳定,墙体厚度低于后续层的厚度。为了使沉积过程稳定,墙体不塌陷,通过激光功率在前20层左右逐层递减,成功制备出250层(高10cm)以上的单墙体。工艺选取合适时,AlSi10Mg具有良好的成形能力,激光头角度保持竖直不变,墙体倾角60°以下可以稳定沉积。制备沉积态Al Si10Mg气孔率约3%,抗拉强度250MPa左右,延伸率5%以上,抗拉强度高于成分相似的ZL104铸件25%。微观组织内Al-Si共晶细小,没有针片状共晶组织,并且组织沿沉积方向呈现周期性变化。结论 Al Si10Mg在激光熔化沉积时具有良好的成形能力,沉积态的组织强度高于铸态组织强度。优化后的工艺可以稳定沉积制备下圆上方的变截面薄壁样件。     

过渡层数对激光沉积制造TC4/TC11连接界面的组织及性能的影响

通过激光沉积制造技术制备了不同过渡层数的TC4/TC11双合金试样,研究不同过渡层数和不同热处理制度对TC4/TC11双合金连接界面的显微组织、拉伸性能和显微硬度的影响。结果表明,过渡层数对组织的形貌影响较大,过渡层数的增加,减少了TC4/TC11双合金试样连接界面的差异,使显微硬度分布均匀;沉积态TC4/TC11双合金过渡处网篮组织差异大,去应力退火后的组织均匀,经固溶时效处理后组织粗大且差异明显;对去应力退火后的试样进行了室温拉伸,随着过渡层数的增多,TC4/TC11双合金试样抗拉强度升高,塑性增强,断口均断在TC4钛合金一侧,证明了TC4/TC11双合金过渡界面性能良好。     

电弧热丝变极性等离子弧增材制造成型尺寸预测

电弧热丝变极性等离子弧(arcing-VPPA)对传热与传质的可靠控制使其在电弧增材制造方面拥有独特的优点。针对单道多层铝合金堆砌试样,利用二次通用旋转组合方法针对性地设计了单壁墙试验样本,通过多次回归方程建立了单壁墙成型尺寸与工艺参数之间关系的数学模型。结果表明,模型能够较好地预测单壁墙的熔敷尺寸,真实值与拟合值基本一致。同时发现,等离子电流、行走速度、送丝速度对层高的影响较为明显,且等离子电流与焊接速度对层高的影响存在交互作用;而对熔宽影响较明显的是等离子电流、变极性脉冲MIG电流以及焊接速度。同时分析了增材成型熔宽尺寸稳定性控制策略,发现等离子电流以等差数列排序的控制方案在增材宽度的稳定性控制上具有明显优势。     

钛合金植入物梯度孔结构设计及其力学性能

植入物多孔结构的设计研究多以规则孔结构为主,而少有针对梯度孔结构设计。本文提出平面center及空间sphere两种梯度圆孔设计方法,实现完成对某一平面center梯度孔的植入物结构设计,采用激光选区熔化技术(Selective Laser Melting, SLM)制备出孔隙率为75%的医用钛合金Ti6Al4V梯度孔与规则孔结构植入物样件,进行微观材料表征和力学性能测试,得到相关力学数据。结果表明：该种梯度孔结构的力学性能优于规则孔,在孔隙率为75%的条件下,梯度孔样件的平均弹性模量较规则孔高36.25%,平均抗压强度提高29.9%。     

无坩埚熔炼气雾化技术制备Ti6Al4V粉末

本论文采用自主研发设计的无坩埚熔炼气雾化设备制备适用于金属增材制造的球形Ti6Al4V粉末。通过调节进料速度与雾化压力,45μm以下的粉末收得率可达35 wt.%,高于旋转电极制粉的收的率（~10 wt.%）通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和金相显微镜（OM）表征粉末显微结构与组织。结果表明制备的Ti6Al4V粉末具有良好的球形度和表面光滑,良好的流动性和较高的松装密度使其可用于金属增材制造与注射成型等。由于雾化过程中粉末的冷却速度为 104-108 K/s,粉末中的β相在冷却过程中转变为针状α′ 相。