柔性夹钳的拓扑优化设计及其3D打印制造

拓扑优化方法可用于柔性变形机构的创新性设计,3D打印技术为拓扑优化结果提供了一个快捷有效的制造方式.但拓扑优化方法所设计的柔性夹钳常常存在较为明显的集中铰链,受3D打印加工条件和材料的限制,这种铰链特征往往难以保证结构的可制造性和正常的使用.因此需要在设计过程中采用较大的输入输出弹簧刚度系数以避免铰链的出现,而此时所得到的结构的变形能力又非常有限.基于此,为了同时保证结构的可制造性和变形能力,以熔融沉积(FDM)加工技术为制造基础,讨论了拓扑优化结构再设计和双材料的引入对夹钳柔度的改善.数值分析和实验的结果表明,拓扑优化理论可以快速的为柔性机构提供较优的几何构型,通过结构的改进和打印材料的分配,能够同时兼顾结构的制造和变形能力.     

挤出式FDM 3D打印喷头的优化设计

针对挤出式FDM 3D打印喷头结构进行优化设计.采用数值模拟方法,建立了喷头有限元分析模型,分析了不同的加热套材料、不同加热棒数量、不同材料腔直径对喷头温度分布的影响规律,确定了优化的结构,并制作挤出式FDM 3D打印喷头.用红外热像仪对喷头温度分布进行了测量,喷嘴处实测温度和模拟温度偏差为0.59℃,推杆与材料腔的配...     

3D打印技术的应用

被认为推动了第三次工业革命进程的3D打印技术,涉及信息技术、材料科学、精密机械等多个方面。投入民用工业是近年来的事,多用于大型制造业。随着3D打印技术的应用越来越广泛,各种耗材、打印机的价格必将呈现下降趋势,未来3D打印机完全有可能像传统打印机一样,成为每家每户都买得起、用得上的设备。     

基于拓扑优化的多复合材料3D打印增强方法及实验研究

针对多复合材料3D打印制造中利用连续纤维增强模型强度问题,提出利用拓扑优化技术对模型进行增强的方法,提升其力学性能。基于变密度法中的固体各向同向材料惩罚(Solid Isotropic Material with Penalization, SIMP)方法,引入体积分数常量,求解出模型的拓扑结构;建立采用增强材料填充拓扑结构、基础材料填充空洞结构的多复合材料3D打印材料分布模型,从而使得模型的整体结构得到强化。为验证该方法的可行性,以120 mm×80 mm×10 mm的矩形小板为例,利用ANSYS软件建立静力学仿真模型,与未增强模型力学分析结果进行对比,得到采用层间增强、轮廓增强和拓扑增强的模型在Y方向上的位移降低幅度分别为88.90%、87.10%和94.13%,采用拓扑增强的模型位移降低幅度最大;拓扑增强相对于轮廓增强和层间增强在Y方向位移上分别降低了50.79%和54.65%,表明该方法适用于多复合材料3D打印。根据仿真内容进行静力学实验分析,实验结果表明优化结构对比未优化结构在位移上减小了39.6%,证明了该方法对于复合材料3D增强打印具有实用价值。     

多材料微流挤出3D打印喷头优化设计

为了满足微流挤出工艺陶瓷3D打印机连续打印多材料以及均匀混合的要求,设计了变内径螺杆挤出式3D打印机挤出混料新结构,不仅可以实现高固含量浆料在喷头内部单向输送,同时通过变内径螺杆旋转搅拌使两种材料混合均匀。通过Ansys响应面优化,在挤出头段以最小压力实现最大面积加权平均速度为目标函数,实现在低功耗高输出的不同需求下匹配不同挤出速度;在螺杆段以优化最大剪切速率为目标函数,实现两种陶瓷浆料的均匀混合。结果表明,通过参数化优化后可以在螺杆低转速与小型化的要求下,实现不同小流率高精度打印及两种材料的均匀混合。     

FDM式3D打印技术研究进展

对FDM式3D打印机的结构,打印的材料,尤其是复合材料与应用,模型的结构优化等问题进行了系统的综述,最后对FDM式3D打印技术的发展方向进行了展望。     

3D打印喷头的热力学分析与结构优化设计

针对熔融沉积造型3D打印喷头在打印过程中存在的热结构不合理引起打印精度差等问题,采用热力学分析和结构优化设计,解决3D打印过程中由热量导致喷头热变形引起打印精度差和其本身制造成本高的问题。经过仿真分析和实验与应用,验证了熔融沉积造型3D打印喷头结构的合理性,为3D打印技术产业化提供技术理论支持。     

基于3D打印的CPC人工骨支架流道结构设计

人工骨支架植入人体后主要为细胞提供支撑作用。3D打印技术的出现为组织工程化人工骨支架结构的设计、制造与优化提供了新的方法。为研究磷酸钙骨水泥(Calcium Phosphate Cement,CPC)人工骨支架的微孔分布及孔隙率与力学性能的关系,设计了3种不同主流道模型,并在原始模型的基础上对微孔道进行了细化,分别建立这些具有不同孔隙率的支架结构模型,采用Ansys Workbench对这些模型进行有限元分析,提取各个模型的最大等效应力和最大总变形,综合分析支架微孔的分布及孔隙率与上述参数的关系。结果显示,支架的力学性能与微孔道的分布有着紧密的关系,对于同种模型,随着孔隙率的增大,支架的最大总变形呈递增趋势,但不同模型的上述参数对孔隙率的敏感性存在一定的区别。分析结果为后续通过3D打印技术制备生物陶瓷人工骨支架提供了参考依据。     

基于DLP的珠宝树脂3D打印工艺研究

DLP(数字光处理技术)是一种以面曝光的方式逐层成型的3D打印技术.在DLP的3D打印工艺过程中,当分层厚度确定时,零件的打印精度主要取决于曝光时间和成型方向.设计一个测试试样,研究了采用DLP工艺打印珠宝树脂材料过程中的单层曝光时间和零件成型方向对不同特征打印精度的影响规律.研究结果表明:对于所采用的珠宝铸造树脂曝光...     

基于FDM 3D打印的模型数据前处理

针对三角面片之间存在繁杂冗余的拓扑关系,冗余数据繁杂直接影响后期切片处理的操作,提出一种基于广度优先搜索的STL文件拓扑优化的算法。当读入一个起始顶点时,通过广度优先搜索访问具有直接邻接关系的第一层顶点,同时标记每个顶点的时间标签顺序,接着更新三角面片的数组。通过广度优先搜索快速存储完所有的三角面片后,以VS2017和QT5.14为平台,利用OpenGL技术仿真模型显示原图和点云形式,为后续切片处理提供了方便。     

液压流道局部拓扑优化与增材制造

液压阀块是液压系统的重要组成部分,降低液压阀块的压力损失对实现液压系统节能化、提高功重比意义重大。选区激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)技术是一种增材制造(Additive Manufacturing, AM)技术,基本突破了减材、等材等传统加工方式的设计约束,结合拓扑优化方法,可大大提高液压阀块及其流道的设计自由度。以降低流道局部压力损失为研究目标,对流道局部压力损失较大的拐弯处进行拓扑优化设计,并采用SLM技术成形,优化设计后流道的压力损失明显降低。进一步探究弯管压力损失的主要影响因素——迪恩涡,定量分析了拓扑优化流道降低压力损失的原理,结果表明,拓扑优化得到的变截面流域通过改变流域的弯曲程度,使迪恩涡对压力损失的影响降到最小,从而有效降低流域内的压力损失。对增材制造液压元件及其流道的设计具有重要指导意义。     

液压破碎锤内锥阀中流道流场的数值分析

通过对液压破碎锤内锥阀内流道流场进行数值计算和模拟,探讨了不同情况下液压锥阀内流场包括流道速度场、压力场、流线和涡量线等的分布情况,分析了产生涡旋的位置和强度,找出了造成能耗的主要原因。结果表明,通过对锥阀阀座的优化设计,减少了流线的疏密程度和涡旋的大小,降低了能量损失,负压区也随之改变,减少了噪声,提高了能量利用率。     

基于增材制造的液压阀块流道过渡区优化研究

器件小型化和集成化发展趋势,对液压阀块设计提出了更高的要求.传统工艺加工阀块体内部流道,不但工艺复杂难加工,而且成形的流道流动特性有待提高.新型制造工艺增材制造一体化成形的特点使其在流道加工方面表现出很大的优越性.基于增材制造,对某一液压集成阀块的流道过渡区进行优化设计,利用Fluent仿真,对直线过渡、圆弧过渡、B样...     

CATIA在液压阀块设计中的应用

阐述了液压阀块设计原则与设计步骤,着重叙述了应用CATIA V5软件设计液压阀块的方法,结合实例运用该软件,提高了工作效率与可靠性。     

一种机载雷达新型结构设计模式的研究与应用

依据机载雷达结构设计技术特点,探索了一种基于拓扑设计与3D 打印技术的新型机载雷达结构设计模式。针对承载支架(某机载雷达关键结构)的结构设计,对该新型设计模式进行了详细的分析论证,主要包括结构设计要求、拓扑设计流程、力学仿真校核、3D 打印和试验验证等。通过该设计模式的成功应用,承载支架在保证其力学性能的同时,实现了减重35% 的指标要求。该研究可为机载雷达复杂结构和轻量化设计提供设计参考。     

基于三维模型的虚拟装配技术应用

对虚拟装配技术进行了探讨，并对其在液压换向阀中的应用进行了系统的分析，实现了试制样品前的干涉检查、运动配合检查及动态修改。     

基于SolidWorks的旋塞阀流道截面积计算方法研究

旋塞阀是用带通孔的旋塞作为启闭件,通过旋塞与阀杆的转动实现启闭动作的一种阀门。阀杆旋转,使旋塞开口与阀门的流道形成了大小不同的流通截面,以此来改变流体的流量大小。研究了旋塞阀旋塞旋转时形成的流通截面面积的计算方法。旋塞转过角度不同,打开的流道截面形状不同,很难快速准确计算出相应面积,对流体流量的控制难以把握。提出基于SolidWorks软件三维建模方式,将旋塞流道与密封衬套流道实体化,利用流道模型的装配体模拟流道面积的变化,运用布尔运算求得两流道模型共同实体,计算旋塞阀旋塞转过不同角度时流道截面积方法,计算速度快,结果准确。     

核级主给水控制阀流道结构优化设计与分析

运用分段节流型面的设计方法,实现了核级主给水控制阀高可调比的"等百分比-线性"流量特性。建立并证明了高阀阻比系数S值可以增强流通能力,改善流量特性和提高可调比等调节性能。基于数值模拟计算方法,分析并优化了核级主给水控制阀流道结构。通过开展样机试制和流量试验,验证了流道设计方法和优化方案的正确性。该研究成果具有其普适性,可为其他控制阀的应用起到指导作用。     

液压集成阀块设计及制造方法研究

阐述了液压集成阀块的设计要点、油道通径及材料的选择,指出了阀块机加工需注意的问题,举例说明了阀块设计的具体过程,对液压集成阀块的设计与制造具有指导意义。     

Water Hydraulic 2/2 Directional Valve with Plane Piston Structure

Due to the fire resistance and environmental compatibility, using water as the working fluid in hydraulic circuits is receiving an increasing attention by both manufactures and users. This hydraulic directional valve is developed. When new water hydraulic directional valve is designed and manufactured, this paper introduces a water hydraulic 2/2 directional valve and its principle. The valve is composed of a hydraulically operated seat valve and a magnetic 3/2 direction valve. Aimed at the serious leakage and impact generating easily in reversing suddenly, an improved structure of water space seal is changed to direct seal, compaction force between main valve spool and main valve pocket was logically designed and damper in pilot valve port is matched with sensitive cavity in main valve. From the view of flow control, the methods of cavitation resistance of the directional water hydraulic valve are investigated. The computational fluid dynamics approaches are applied to obtain static pressure distributions and cavitation images in the channel of the main stage of the valve with two kinds of structure. The results show that the method of optimized spout can effectively restrain cavitation. The work provides some useful reference for developing water hydraulic control valve with the Dower noise and lower vibration. Meantime, the structural parameters are optimized on the basis of information obtained from simulation. Static test, dynamic test and life test are accomplished, and the results show that the water hydraulic directional valve possesses good property, its pressure loss is 1.1 MPa lower, switching time is shorter than 0.025 s, and its strike crest is 0.8 MPa lower. The valve possess fine dynamic performance with the characteristic rapidly action and lower implusion.