三维金刚石晶格声子晶体超宽频带隙特性研究

为获得宽频带隙,设计了一种三维声子晶体结构,由位于金刚石晶格格点的介质球通过连接柱连接形成。利用有限元法计算了声子晶体的能带结构、振动模态和透射谱。数值计算结果表明,该结构可以得到相对带隙宽度达到144.5%的超宽频弹性波带隙。介质球和连接柱的共振是宽频带隙产生的主要原因,介质球和连接柱直径的变化显著影响带隙边界和带隙宽度。此外,还利用平面波展开法计算了该结构的光子能带结构。结果显示该结构在具有超宽频弹性波带隙的同时还可获得一定宽度的光子带隙。该金刚石晶格"球-柱"结构可用于减振降噪材料和新型声光器件的设计开发。     

增材制造技术粉床的数值模拟与分析

选择性激光烧结等增材制造工艺中粉床特性对成型工艺有重要影响。针对颗粒粒径分布类型和层厚等对粉床特性有影响的问题,通过分析增材制造技术中粉床填充过程,提出了一种基于离散元法的增材制造粉床的数值模拟分析方法,分析论述了不同粒径分布和不同层厚对粉床填充性能的影响。结果表明：单一粒径粉床和粒径高斯分布粉床的填充密度和平均配位系数均随着层厚的增大而增大,最后趋于稳定;单一粒径粉床和粒径高斯分布粉床的填充密度和平均配位系数在层厚为80μm和400μm时均大致相等,在其它层厚时,粒径高斯分布粉床的填充密度高于单一粒径粉床的填充密度,且差值随着层厚的增大先增大后减小;单一粒径粉床的平均配位系数高于粒径高斯分布粉床的平均配位系数,且差值随着层厚的增大先增大后减小。这些研究结果可为增材制造粉床颗粒粒径分布类型和层厚选取提供参考依据。     

基于熔融沉积技术的快速熔模铸造工艺实践

确定新产品的熔模铸造工艺需要反复试验验证,设计周期长,成本高。利用熔融沉积技术(FDM)打印ABS模样,采用常规方法用蜡制造浇冒系统模样,二者黏接组成模组。涂挂试验配方的涂料实现挂砂,通过高压釜脱蜡和焙烧炉脱ABS两步过程,获得完整的型壳。焙烧、浇注、冷却后,进行喷砂清理,采用三维扫描仪检测产品尺寸。实现了基于熔融沉积技术(FDM)的快速熔模铸造生产铸钢件。     

基于非下采样Shearlet变换的磁瓦表面缺陷检测

针对磁瓦表面缺陷对比度低、图像受不均匀背景和磨削纹理干扰大等问题,提出了一种基于非下采样Shearlet变换（non-subsampled shearlet transform,NSST）的磁瓦表面缺陷检测方法。首先,对磁瓦图像进行多尺度多方向NSST分解,得到一个低频子带图像和多个频率和方向变化的高频子带图像。然后,根据缺陷在高低频域表现出的不同特征进行针对性的处理,在低频子带中分别计算行均值线图像和列均值线图像,将列均值线图像沿行均值线图像扩展,构造基于均值的自适应阈值面对低频子带进行滤波,以去除不均匀背景;同时,利用同一分解尺度下各高频子带系数中微弱缺陷信号的方差较大,显著缺陷信号的能量较大,而噪声和背景干扰信号的方差和能量均较小的差异,构造基于Shearlet高频分解系数方差和能量的综合高频缺陷识别算子,滤除高频子带中的噪声和背景干扰。最后,对修正后的分解系数进行逆NSST重构,得到背景均匀,磨削纹理和噪声干扰得到充分抑制的高对比度图像,采用自适应阈值分割方法,提取出缺陷区域。实验结果表明,该方法的假阳性率、假阴性率和检测准确率分别达到8.8%,5.0%和93.1%,算法在MATLAB仿真平台中平均运行时间为0.629 s;相较于现有的磁瓦表面缺陷检测算法,该方法能够有效地去除不均匀背景、磨削纹理和噪声干扰,检测结果更加准确,鲁棒性更强。     

载气式同轴送粉3D打印喷头粉末流场数值分析

针对现有3D打印设备铺粉工艺在缺损零件修复上存在的局限性,提出了一种将送粉与送胶集成的载气式同轴送粉3D打印喷头设计方案。完成了同轴喷头结构设计,建立了粉末流聚焦浓度与混合流速度的数学模型,分析了在固定流速和固定送气量时粉末流汇聚浓度与混合流速度沿轴向的变化。在气固两相流理论基础上,建立欧拉-拉格朗日模型对载气式送粉喷头的气固双相流进行了耦合计算,得到了不同粒径分布的两类粉末颗粒材料对特征参数的影响。结果表明,简化数学模型与欧拉-拉格朗日模型结论一致：送气量、送粉量以及颗粒特性主要影响粉末流聚焦浓度和传送速度,对聚焦焦距影响较小,聚焦焦距主要受送粉通道倾角和气流通道宽度影响。载气粉末流特征参数的获取,为优化粉同轴送粉喷头结构参数和零件成型参数提供了依据。     

激光选区熔化关键工艺参数对热物理过程的影响

激光选区熔化(Selective laser melting, SLM)采用激光束将金属粉末等分层熔融成形,在制造业中具有重要价值。然而成形过程中的热物理现象及各工艺参数对热物理过程的影响有待进一步研究。在综合考虑SLM成形过程中材料相变、粉体-实体不可逆转变等过程的基础上,建立了SLM成形316L不锈钢的多道扫描温度场数值模拟模型。研究了激光功率、扫描速率和激光束有效直径对SLM温度场、熔融时间、冷却速率和熔池尺寸等的影响,并通过实验验证了数值模拟结果的可靠性。结果表明：熔融时间易受激光功率和扫描速率的影响,而最大冷却速率更易受激光束有效直径的影响。激光功率较低或扫描速率较大时,熔池尺寸较小,易形成孔穴类缺陷;激光束有效直径对熔池尺寸影响较小。随着激光功率增加,熔池稳定性先无确定变化趋势后增加;随着扫描速率增加,熔池稳定性不断降低;激光束有效直径对熔池稳定性的影响不确定。实验结果与数值模拟结果基本一致,研究结果可为SLM工艺参数调整与优化提供参考。