增材制造设计(DfAM)下的金刚石晶格结构研究

基于机械零件的增材制造设计,用仿自然式方法设计了一种金刚石晶格结构,对晶胞相对密度和等效弹性模量建立了数学模型,并拟合得到二者关系式,一系列的仿真验证结果显示理论研究所得关系式具有一定的正确性;对金刚石晶格填充结构提出变密度假设,并用仿真和压缩试验的方法进行了验证,结果显示,填充单元密度以受力点为中心渐渐减小的变密度结构拥有更好的抗压性能,同时验证了本文得出的等效弹性模量数学模型具有一定的正确性和适用性.本研究结果可应用于承压机械零件的实体夹层填充,对机械零件进行应力匹配变密度设计,以达到机械结构轻量化的目标.     

基于逆向建模的铝合金薄壁件电弧增材再修复成形研究

基于结构光三维扫描尺寸采集技术、Geomagic软件数据处理与逆向重构技术、AMSlicerPro软件模型剖分切片与路径规划技术等,对铝合金ZL114A薄壁件的待修复区域进行逆向建模,通过焊丝ER4043电弧增材再修复试验完成薄壁样件的修复,利用无损探伤、显微硬度计、电子万能试验机及扫描电子显微镜等分析测试手段,对电弧增材再修复样件熔敷区域的性能与组织进行表征.结果表明:成形样件表面无开口缺陷,内部组织致密、无肉眼可见缺陷;修复区域顶部的显微硬度略高于底部,中间区域显微硬度稳定;平行于熔敷方向的试样力学性能均优于垂直于熔敷方向的试样,成形样件力学性能呈现一定的各向异性;修复区域组织Al-Si共晶呈细小条状分布于α固溶体中,并从底部指向顶部延伸,顶部Al-Si共晶分布更加弥散,对α基体的切割效应小,使得其性能比底部更优.     

基于蜻蜓翅脉结构的连续碳纤维增强树脂基复合材料仿生设计与增材制造

以具有轻质高强优异性能的蜻蜓翅脉结构为设计灵感，在分析翅脉网格结构抗冲击原理的基础上，设计了传统和仿生两类对比结构。采用熔融挤出3D打印机成功制备了具有不同结构的连续碳纤维增强聚乳酸复合材料试样，并对不同结构复合材料试样的拉伸性能和抗冲击性能进行了测试和对比分析。研究分析结果表明：由于拉伸力方向上的连续碳纤维含量相对较少，限制了仿生结构复合材料抗拉强度的提高，但仿生结构的平均抗拉强度为传统结构的1.18倍；当仿生结构复合材料试样受到冲击力时，其内部六边形结构的连接角度会发生变化，从而极大消耗冲击能量，同时具有六边形网格结构的连续碳纤维可以有效阻碍裂纹的扩展，因此仿生结构的平均冲击韧性可以达到传统结构的2.46倍；仿生蜻蜓翅脉结构可以显著提高增材制造复合材料的综合力学性能，且对于抗冲击性能的提高具体突出效果。连续碳纤维增强树脂基复合材料的有效可行的仿生蜻蜓翅脉结构设计和增材制造，可极大扩展其在高冲击载荷领域中的相应应用。     

增材制造不锈钢的组织和性能

采用金相检验、扫描电镜分析等方法对激光融化技术制备的304及316L不锈钢进行分析。结果表明：材料的轴向结构在增材制造沉积过程中会有不同层间的热传递，其组织的均匀性受到影响；材料的区域成分没有明显偏差，不存在成分偏析及次相的析出；熔体的重力作用会使材料在纵向存在各向异性。     

轻烧煤矸石混合电子含氟污泥制备混合材及其对水泥性能的影响

直接轻烧电子含氟污泥用作水泥混合材存在火山灰活性不高、标准稠度需水量大等问题，本文利用煤矸石作为电子含氟污泥的硅铝质补充来源，将电子含氟污泥和煤矸石混合后轻烧制备水泥混合材，通过强度活性指数、水泥力学强度、水泥标准稠度需水量、凝结时间、粒度分布等指标以及X射线衍射和扫描电镜等试验，探究了轻烧煤矸石混合电子含氟污泥制备水泥混合材对水泥性能的影响。结果表明:与直接轻烧电子含氟污泥制备的水泥混合材相比，煤矸石混合电子含氟污泥后轻烧制备的水泥混合材，可改善水泥的颗粒级配，降低水泥的标准稠度需水量，提高水泥混合材的活性和所配制普通硅酸盐水泥强度，但会使水泥的初凝时间延长、终凝时间缩短。     

木质家具拓扑优化设计研究

减重以及探索新型结构,是家具结构设计中的重要问题,也是将增材制造应用于家具生产制造中的前提。在一定的外载荷和合理的约束下,减少家具的重量以及获得最优的材料分布,最广泛使用的方法就是拓扑优化设计方法。本文利用Solid Thinking inspire拓扑优化软件,对靠背椅三维模型施加有效的载荷和合理的约束,得到6种不同的靠背椅概念结构雏形,用于后期产品方案的深化以及对接增材制造。研究表明,拓扑优化是创新家具结构和家具设计方法的有效途径,可以为家具生产厂家开发新产品提供思路。另外,对家具产品三维模型外载荷和约束的正确施加,是得到最优拓扑设计的关键,也是研究的难点之一。     

MB值对苏阿皮蒂水利枢纽工程混凝土性能影响研究

人工砂中的含泥量对混凝土单位用水量、含气量、抗压强度等有显著的影响。应通过各种措施减少人工砂的含泥量。如在砂石料场四周修筑排水沟,杜绝雨季泥水污染;将用料爆破区域的表面清理干净,剔除明显的含泥量大的爆破料、必要对开挖利用料冲洗;在保证水胶比不变的情况下,增加用水量及外加剂掺量等,以控制人工砂亚甲蓝MB值不超过1. 4的设计要求,确保混凝土质量。     

等离子弧异质异构增材制造构件的组织与力学性能分析

采用等离子弧增材系统实现了不锈钢/高强钢异质异构增材构件制备，等离子弧增材构件具有良好的沉积形貌及优异的力学性能.为揭示叠合方式对等离子弧异质增材构件的宏微观组织和力学性能特征影响，研究采用了体视显微镜、金相显微镜、拉伸及硬度等测试方法.结果表明，不锈钢/高强钢异质异构增材构件中存在两种过渡形式，即以奥氏体枝晶过渡和马氏体组织过渡.增材构件横截面硬度波动较大，主要是混合过渡区域的高合金元素导致的组织变化引起的.叠合方式的改变能够显著影响材料性能，在强度下降不多的情况下，提高材料的冲击韧性.