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。     

钛微合金中锰钢强韧化机制研究

低碳中锰钢因为其优异的力学性能及低成本的成分设计逐渐被应用到海洋平台用厚板生产制备中，通过对钛微合金化低碳中锰钢进行控轧控冷工业试验，观察不同厚度位置的显微组织及析出物形貌，测定了室温拉伸及低温冲击韧性，并对其强韧化机制进行了分析。结果表明，试验钢基体为板条宽度200～400nm的回火马氏体和宽度为50～100nm的逆? 浒率咸甯春喜阕醋橹胰穸确较蜃橹阅芫刃越虾茫慷染笥?60MPa、屈强比均小于等于0. 88、伸长率均大于20%、-60℃冲击功均大于200J。试验钢的主要强韧化机制有亚微米尺度的复合层状组织、大角度晶界韧化机制、亚稳态逆? 浒率咸錞RIP效应、Ti（C，N）粒子的细晶强化及析出强化效应，多种强化机制叠加作用，最终获得高强韧的中锰钢厚板。     

Ti-xCr-yCu钛基材料的制备及组织性能研究

通过粉末冶金法制备了Ti-xCr、Ti-yCu及Ti-xCr-yCu钛基材料,研究了Cr、Cu含量对其相组成、显微组织、压缩屈服强度、弹性模量以及切削加工性能的影响规律。结果表明:随Cr含量的增加,Ti-xCr钛基材料依次出现了Ti_4Cr、TiCr_2及Cr相,其压缩屈服强度表现出先增大后减小的趋势,当Cr含量为10%时其屈服强度达到最大值(710 MPa),同时,添加Cr元素有利于降低钛基材料的弹性模量,最低可达25 GPa。添加Cu元素的钛基材料,随Cu含量的增加,Ti_2Cu相增加,并且显微组织细化,屈服强度降低;弹性模量受Cu含量影响较小而受烧结温度影响较大。添加Cr和Cu元素的钛基材料,其显微组织主要为网篮组织,弹性模量低于纯钛,其中添加Cu元素有利于细化层片,添加Cr元素有利于细化等轴组织。此外,Cr含量为5%时,钛基材料具有较佳的切削加工性能。     

不同类别铝钛硼丝对高端铝排产品质量影响的研究

分析了两种不同进口铝钛硼丝的化学成分、晶粒细化效果和显微组织。同时分别用此两种铝钛硼丝作为晶粒细化剂,生产电子铝排用6063铝合金,对其后续产品质量进行跟踪分析,评估了这两种钛丝对铝排产品质量的影响。