熔融沉积(FDM)3D打印零部件抗压强度的可靠性分析

抗压强度是影响3D打印零件可靠性的重要因素之一,为了确定影响抗压强度的主要工艺参数,利用田口法,设计出一组L8正交试验,并进行压力试验,采用方差分析对工艺参数进行研究,初步得出打印方向和打印温度是影响抗压强度的主要因素;通过实验数据,结合双参数威布尔分布模型,完成3D打印零部件抗压强度的可靠性分析,通过优化工艺参数,达到改善3D打印零部件质量的目的。     

高档数控装备多层贝叶斯可靠性评估模型研究

为实现少量故障数据样本下五轴联动数控机床精确的可靠性评估,通过对贝叶斯估计方法进行研究,设计实现数控机床可靠性建模。该方法首先设定威布尔模型参数服从伽玛分布,为解决无先验信息问题,引入两层贝叶斯方法。为解决积分求解后验分布计算困难问题,使用MCMC方法计算模型参数估计值,最终建立起威布尔模型。引用某机床一年的历史故障数据,使用所设计方法与最小二乘法实现建模,用拟合优度检验将两个方法结果进行比较判断出所设计方法具有可行性。最后依据建立的可靠性模型对机床进行可靠性评估。     

基于动态贝叶斯网络的液压系统可靠性研究

液压系统组成结构复杂且维修难度高,因此进行液压系统的可靠性评估对企业生产安全有着重要作用。结合故障树和动态贝叶斯网络建立评估模型对液压系统进行可靠性分析。利用动态贝叶斯网络的推理功能得出液压系统可靠度和可用度随时间推移的变化规律,并实现液压系统故障诊断,识别关键故障因素源。液压系统的可靠度会随时间推移而逐渐降低,但定期的维修可以使液压系统的可用度在较长一段时间内维持在很高水平。实验结果为液压系统的日常维护和修理策略提供了借鉴。     

基于马氏链蒙特卡洛方法的数控系统可靠性评估

数控系统属于高可靠性产品,应用贝叶斯理论,已经成为其可靠性评估的重要方法.由于数控系统寿命试验数据服从Weibull分布,导致后验分布出现数值大、高维复杂的情况,贝叶斯计算依靠的数值积分方法难以实施.根据马氏链蒙特卡洛(MCMC)方法思想,建立后验平稳分布的马尔科夫链,对分布参数的贝叶斯估计进行求解,解决了数值积分问题,保证可靠性评佑的有效实施.通过与BUGS软件结果进行比较,表明提高了模型计算的稳健性、有效性及精度.     

基于FDM的铸模模型打印精度的研究

从3D打印工艺参数"厚度、壁厚、温度、速度"等方面,探讨了打印工艺参数对3D打印的铸模模型尺寸的影响关系,利用正交试验确定打印参数对尺寸影响的主次顺序,并确定工艺参数的最优组合,为实际应用中优化打印工艺参数提供参考依据。     

3D打印两相钛合金组织性能研究现状

3D打印成型技术由于快速性、低成本、高集成化、适用于加工复杂零件等显著优点,近几年来得到快速发展,但是目前还存在许多不足,如精度不高、材料性能不稳定等。随着3D打印两相钛合金的应用越来越广泛,国内外针对3D打印两相钛合金的研究也逐渐深入和成熟,通过指导工艺的改进方向来提高其综合性能。本研究针对3D打印中激光快速成型和电子束熔化成型两种技术的工艺进行分析,阐释不同成型工艺条件下两相钛合金宏微观组织特征、力学性能特点,得出打印成型工艺参数、热处理工艺等因素对其影响,为3D打印两相钛合金工程化应用提供借鉴。     

基于动态贝叶斯网络的多状态系统可靠性分析

为避免离散T-S模糊故障树计算误差,清晰表达系统可靠度随时间变化趋势,将基于冲激函数约束的连续时间T-S动态故障树与动态贝叶斯网络相结合,既可体现连续时间T-S模糊动态故障树的动静态描述能力,又能发挥贝叶斯网络双向推理建模与可描述动态的优势;然后在GeNIe2.0软件中搭建贝叶斯网络模型,导出后验概率,再计算合成动静态模块的重要度;最后以动车组空气供给系统为例,进行了可靠性分析,并于软件中仿真系统可靠度随时间的变化曲线,验证了模糊动态贝叶斯网络方法的正确性与合理性。研究结果表明：安全阀与单向阀为系统的薄弱环节,应加大检查检修频次,其余部件可参考图示结果合理安排设备维护频次。     

提高铸造用3D打印砂芯(型)强度的方法

针对影响铸造用3D打印砂芯(型)强度的因素进行研究,以指导3D打印砂芯(型)更好的应用于不同的铸造场合。具体为通过对砂芯(型)3D打印工艺参数、外部引入热能及机械振动等因素进行试验对比,得出各因素对3D打印砂芯(型)强度的影响规律。研究发现,从工艺参数方面提高树脂浓度与喷液量、提高固化剂比例,以及引入外部热能与振动,均可增强3D打印砂芯(型)强度,从而满足各类铸造需求。     

XFEM计算3D打印PLA材料拉伸试样的裂纹扩展

以PLA型3D打印材料为研究对象,通过3D成型的方式制备出拉伸和扭转试验样本,测定了该材料的弹性力学性能。并通过扩展有限元法(XFEM)进行了样本的拉伸断裂性能计算。为评估PLA材料在3D打印件的应用领域提供了相应的断裂参数,同时也为改善3D打印材料力学特性提供了依据。研究结果表明,PLA型3D打印件弹性本构为横贯各向异性;最大拉伸应力为20MPa,拉伸过程中出现的两条裂纹都是以I型和III型裂纹为主,裂纹尖端应力奇异最大值为1.9GPa。     

多源数据下的摆线轮磨齿机贝叶斯可靠性评估

在摆线轮磨齿机的可靠性评估中，针对现场试验数据较少的问题，提出考虑先验数据多源性的贝叶斯可靠性评估方法。利用不同样本间的可信度建立混合先验分布，然后采用贝叶斯方法对多源先验信息进行融合，得到的融合信息作为综合先验信息通过结合仿真数据的似然函数，进而得到参数的后验分布。仿真实例表明：通过所提方法得到的MTBF点估计值为997.37，MTBF误差为3.2%，比通过传统贝叶斯方法得到的误差小，且拟合的可靠度曲线与实际情况更贴近，说明了所提方法在磨齿机的可靠度评估上更为精准。     

基于维纳退化过程的海底腐蚀管道可靠性分析

目的研究海底腐蚀管道的寿命可靠性,提出基于维纳过程(Wiener Process)和贝叶斯方法估参的可靠性分析模型。方法首先以管道内壁腐蚀退化数据和维纳过程为基础,建立针对海底管道的腐蚀退化模型,并针对不同时段的腐蚀退化数据,以正态-逆伽马分布作为模型未知参数的先验分布。然后采用一种优化的贝叶斯方法递推计算,得到未知参数值,最终实现腐蚀管道的可靠性分析,并以某海底腐蚀管道为例进行验证。结果可靠性分析得到腐蚀管道在运营前期的12年几乎完全可靠,可靠性达99.22%;13年之后,腐蚀进程开始加快,当可靠度为90%时,该段管道的可运营时间为13.6年;运行15年时,可靠度为68.97%;运行20年时,可靠度为2.4%;而到设计寿命25年时,管道可靠度几乎为0,求得管道的平均剩余寿命为15.99年。结论以海底管道的腐蚀退化数据为切入点,为长寿命、小子样的海底管道可靠性提供了一种较直观的分析方法。分析模型可以处理不同时间段测量的管道腐蚀数据,并且随着管道运营时间的增加,能够不断更新可靠性分析结果,而不需要反复处理历史数据,进而可以用于海底腐蚀管道的实时可靠性分析。     

3D打印技术在创客机器人轻量化中的应用研究

针对6061铝合金车身和科技横梁积木制作的创客机器人运动不稳定问题,使用3D打印轻量化技术制造创客机器人车身,减轻了其质量、优化了其结构、改进了其性能。通过有限元分析仿真6061铝合金车身和3D打印轻量化车身的总体刚度,通过对比验证了3D打印创客机器人车身的刚度满足要求。基于FDM打印原理和设置最优切片参数3D打印了创客机器人车身,进行了轻量化效果分析和不同填充率下弹性模量的研究,解决了创客机器人运动不稳定的问题。     

三维光学扫描技术在3D打印中的应用

采用先进的三维光学扫描技术,借助计算机软件对SLS打印的缸盖上水夹层砂芯进行三维数字化全尺寸扫描,检测分析了SLS打印砂芯尺寸精度及尺寸变化规律。检测结果显示:上水夹层砂芯不满足打印设备精度要求,需要改进打印工艺。根据三维光学扫描检测分析结果明确了3D打印工艺调整方向,改进了工艺打印的缸盖上水夹层砂芯,经过三维光学扫描检测,砂芯尺寸精度得到了有效地提高。通过对三维光学扫描技术在3D打印中的应用研究,对SLS打印砂芯精度检测提供了一种更为准确直观的测量方法,三维光学扫描检测结果作为SLS打印工艺参数调整依据,为SLS打印出合格的砂芯奠定基础。     

Binder jetting 3D printing process optimization for rapid casting of green parts with high tensile strength

Binder jetting 3D printing is a rapid, cost effective, and efficient moulding/core making process, which can be applied to a large variety of materials. However, it exhibits a relatively low green-part strength. This may cause the collapse of the printed parts during de-caking and the pick-up procedure, especially in the case of small-scale structures, such as thin walls, tips, and channels. In this work, polyvinyl alcohol (PVA) was used as the additive in coated sand powder. By exploiting the binding effect between the two composites (thermoplastic phenolic resin and PVA) triggered by the binder, bonding necks firmly form among the sand particles, improving the green-part strength of the coated sand printed parts. Experiments based on the Taguchi method were used to investigate the relationship between the process parameters and the green-part tensile strength. The following set of optimal process parameters was identified:50wt.% alcoholicity of the binder, 75% binder saturation, 0.36 mm layer thickness and 4.5wt.% PVA content. Further, the effect of such parameters on the green-part tensile strength was determined via statistical analysis. The green part of an engine cylinder head sand pattern with complex cavity structures was printed, and the green-part tensile strength reached 2.31 MPa. Moreover, the ZL301 aluminum alloy impeller shape casting was prepared using sand molds printed with the optimal process parameters. The results confirm that the proposed binder jetting 3D printing process can guarantee the integrity of the printed green parts and of small-size structures during decaking and the pick-up procedure. Furthermore, the casting made from the printed sand molds exhibits a relatively high quality.     

基于证据理论的改进贝叶斯网络液压系统可靠性分析

可靠性分析是判断液压系统和元件可靠性的一种关键技术。贝叶斯网络是液压系统可靠性分析的常用方法。然而，在实际工程中，液压系统的不确定性和多态性使得传统贝叶斯网络可靠性分析的性能下降。基于此，提出了一种基于证据理论的改进贝叶斯网络液压系统可靠性分析方法。首先，利用证据理论的似然概率和信任概率描述根节点的失效可能性区间，有效处理了液压系统的不确定信息，准确地提取了根节点的故障概率；然后，基于贝叶斯推理获取叶节点的故障概率和根节点的灵敏度区间，有效描述了液压系统的多态性。液压系统可靠性分析实例表明：该方法具有很强的不确定信息处理能力和多态性分析能力。实例分析结果验证了所提方法的有效性。     

基于动态贝叶斯网络的海底管道点蚀疲劳损伤失效模型研究

目的研究海底管道在点腐蚀和腐蚀疲劳双重影响下的整个破坏过程,基于动态贝叶斯网络构建系统失效模型,对海底管道系统不同疲劳寿命下的失效概率进行预测。方法将点蚀疲劳损伤过程分为腐蚀点成核、腐蚀坑增长、短裂纹扩展和长裂纹扩展四个阶段,采用蒙特卡洛模拟方法对腐蚀点形成到短裂纹发生前的管道破坏过程进行分析,结合疲劳裂纹扩展的动态贝叶斯网络结构图,在充分考虑相关影响因素不确定性的基础上,为海底点蚀管道系统提出一种创新性的概率分析方法,对点蚀管道疲劳寿命的失效概率进行科学预测。结果结合实例分析,通过蒙特卡洛模拟方法,求解得出腐蚀坑增长转变为短裂纹扩展状态的临界裂纹尺寸为0.8mm。采用动态贝叶斯网络分析方法,对未经受维修保养的点蚀管道进行疲劳寿命预测,当管道运行到第35年时将会面临失效风险。结论所构建的模型可以对海底点蚀管道腐蚀疲劳寿命失效概率进行合理预测,通过观测相关影响参数的变化,及时更新预测结果,有助于为海底管道系统制定有效的维修策略。     

激光选区熔化AlSi10Mg表面微弧氧化及其耐磨耐蚀性

为了提高轻质合金3D打印的耐磨、耐蚀性能,对激光选区熔化(SLM)铝合金(EOS:AlSi10Mg)打印成形后进行表面微弧氧化。采用应力分析仪、扫描电子显微镜、高温摩擦磨损、中性盐雾试验箱等设备,进行了残余应力测试,微观组织分析,摩擦磨损和腐蚀性能试验。结果表明,3D打印铝合金试样直接进行微弧氧化,由于残余应力(200MPa左右)较大,微弧氧化时表面氧化反应过程中促进了应力释放,使微弧氧化层加剧产生粗大裂纹;对打印后试样进行去应力热处理后,微弧氧化后表面仅见少量微小的工艺扩展裂纹。去应力后的微弧氧化层表面,平均摩擦因数由0.545降低到0.441,腐蚀环境后的抗腐蚀等级由9级提高到10级,证明3D打印激光立体成形热应力对成形零件的微弧氧化工艺性能影响较大。     

基于金属粉末的三维打印技术研究

三维打印是一种基于离散堆叠思想和微滴喷射技术的增材制造方法;它涉及到了机械制造、电子信号处理、图像处理、材料科学等多个学科。由于具有成本低、生产周期短、对加工零件形状没有特别要求等特点,三维打印技术在国防、医疗、工业生产等很多领域具有无限广阔的前景。通过研究打印过程中各个参数以及粉材特性对最终制件的影响,开发出一套硬件系统和金属粉末系统,并利用二者成功打印出金属试样;对打印出的金属试样的各项性能进行测量,获得了相关数据。