银盐CTP版材物理显影过程及银堆积形态的研究

银盐扩散型CTP(Computer-To-Plate)版材基于银盐扩散转移原理.本文利用高分辨率的场效应扫描电子显微镜及CCD等手段研究了几种因素对该类版材物理显影银堆积状态及物理显影过程的影响.清晰地观察到不同曝光区物理显影银的堆积状态,在弱曝光区,银颗粒堆积紧密,是版材具有亲油性的主要原因.使用不同类型络合剂分别得到了颗粒状、树枝状等各种形态的物理显影银,表明络合剂对银颗粒形态有显著影响.通过CCD装置对版材上物理显影过程的实时原位监测,从动力学的角度解释了络合剂、显影温度对物理显影银堆积状态的影响.     

基于超导块材磁刚度特性的永磁轨道优化设计

目前高温超导磁悬浮实验车使用的是单极永磁轨道(PMG).为了提高磁悬浮车的运行稳定性,人们做出了大量的研究.磁悬浮刚度是设计优化高温超导磁悬浮车的一项很重要的参数.文中研究了七块YBCO块材阵列在两种结构不同的永磁轨道上方的竖直方向刚度和横向力刚度的特性.通过比较测试结果,得出七块YBCO阵列与双极型永磁轨道组成的磁悬...     

蒙皮点阵一体化支撑结构的移动可变形组件优化设计及空间站应用

中国空间站是我国研制的系统最为复杂的载人航天器,其中有效载荷支撑结构的高效轻量化设计是工程研制过程中遇到的技术难题。本文介绍了受晶体对称性启发的增材制造自支撑三维点阵结构设计方法,发展了基于蒙皮点阵一体化结构形式的移动可变形组件（MMC）拓扑优化方法,完成了面向增材制造的中国空间站某相机支撑结构的优化设计,该结构采用激光选区熔化成形（SLM）工艺制造,通过了力学试验考核,实现结构减重50%,基频提高35%,完成了基于MMC方法的蒙皮点阵一体化结构在我国载人航天领域的首次型号应用与在轨验证。     

弧形折纸模式薄壁结构的压缩变形与能量吸收

选用PolyMaxTM PLA为试样材料，利用3D打印技术制备了弧形折纸薄壁管件。基于准静态轴向压缩实验，运用ABAQUS软件对弧形折纸薄壁管件轴向准静态压缩和冲击行为进行了有限元计算，探讨了其变形模式和能量吸收特性，分析了预折角和薄壁单胞管件阵列数量对其压溃模式及能量吸收的影响。有限元计算结果与实验结果吻合较好。薄壁管件的变形过程可分为4个阶段:初始压溃阶段、预折角塑性旋转阶段、腹板塑性屈曲阶段和完全压溃密实化阶段。弧形折痕的引入能够有效地降低薄壁管件在压缩过程中的初始压溃载荷峰值，减小冲击载荷的振荡幅值。对比了高度相等、质量近似相等的方管与弧形折纸薄壁管在不同冲击速度下的压缩变形与能量吸收。在准静态压缩作用下，对于单胞模型，仅有折痕倾角为70°的模型的比吸能优于方管；对于多胞管件阵列模型，方管的比吸能均优于折纸管。折纸管的压缩力效率和比总体效率均优于方管，其中折痕倾角为50°的模型的压缩力效率和比总体效率最高。在动态冲击压缩下，阵列方管的比吸能均优于阵列折纸管。当冲击速度为10 m/s时，折纸管的压缩力效率和比总体效率均优于方管，其中折痕倾角为50°的模型的压缩力效率和比总体效率最高。当冲击速度为20 m/s时，仅有折痕倾角为50°的模型的压缩力效率和比总体效率优于方管。     

双向荷载条件下八边形蜂窝结构因胞壁缺失所致应力集中分析

因胞壁缺失引起的应力集中现象是蜂窝结构在增材制造过程中亟待解决的问题，通过将胞壁缺失所致的缺陷等效成椭圆，基于复变函数方法得到了预测拉伸应力的解析公式和预测弯矩应力的分析方法，进而得到八边形蜂窝结构在双向荷载条件下缺失单行和多行胞壁产生的应力组合值。与数值模拟结果的对比分析验证了所提理论解析公式的有效性；同时得出距离缺陷最近胞壁上的拉伸应力解析解与数值解吻合良好，弯矩应力数值解与胞壁上的应力梯度呈明显的线性关系。与规则六边形蜂窝在多行缺陷条件下的应力集中程度进行对比，得出八边形蜂窝结构在荷载系数 和 时应力集中程度小于规则六边形蜂窝结构，从而为蜂窝结构增材制造设计提供理论指导。     

基于聚焦形貌测量的铝合金电弧增材制造件表面三维形貌重建

针对聚焦形貌测量提出了一种组合式的像素点清晰度评价算法。对于有序点云缺失点的插补,使用基于三次B样条的方法,来进行插补,通过实验证明该方法能够有效的补齐缺失点,以得到完整的点云数据。根据聚焦形貌恢复技术原理,搭建了一套完整的硬件,通过精度验证实验,测量设备在10X倍率下的测量精度在742.9nm。并对铝合金电弧增材制造件进行了表面形貌测量,可清晰观察其表面形貌,检测其缺陷。实验结果表明提出的方法兼具恢复的高精度性及有效性,应用此方法可以完成微观形貌的表面三维参数的测量分析。     

面向增材制造的应力最小化连通性拓扑优化

增材制造与拓扑优化的有机结合将极大促进高性能产品的研发, 但现有基于拓扑优化的设计性能和可制造性研究多是独立开展, 或常局限于传统的刚度问题, 缺乏对工程中至关重要的强度问题的考虑. 面向增材制造, 针对协同考虑强度和可制造连通性的结构优化问题, 建立了材料体积和连通性标量场约束下的结构应力最小化拓扑优化模型. 针对求解过程中的不同数值困难问题, 提出了有效的优化求解策略. 引入基于P范数的全局标量场约束度量, 并结合稳定转换误差修正技术来实现对局部标量场的有效控制. 详细推导了相关灵敏度, 然后通过典型数值算例论证了文中模型及方法的合理有效性. 结果表明, 仅考虑连通性约束的刚度最大化设计不一定能避免局部高应力集中, 而该设计也不一定等同于应力最小化连通性设计; 充足的材料许用量和恰当的连通性约束边界条件对提高所研究设计的性能至关重要, 而应力凝聚参数取值并非越大越好, 合理取值才能有助于获取高性能设计. 此外, 优化结果也在一定程度上论证了可制造性拓扑优化中考虑强度问题的必要性和可行性.      

面向增材制造的熔池凝固组织演变的相场研究

激光增材制造(laser additive manufacturing, LAM)技术极适合复杂整体构件的近净成形和高附值损伤件的快速修复. 然而, 激光增材制造熔池内部复杂的动态凝固过程显著影响成形件的终态组织, 进而制约其服役性能. 本文针对激光直接能量沉积(direct energy deposition by laser, DED-L) Inconel 718过程, 构建宏观传热传质与多相场耦合的多尺度数学模型, 解决了熔池宏?微观温度场的直接耦合, 并基于MPI并行程序设计实现了熔池二维的全域定量模拟, 研究了凝固过程中的晶粒演变过程. 结果表明, 模拟的熔池尺寸、凝固界面与实验结果吻合较好. 熔池凝固界面形态和晶体择优取向是影响晶粒演变的重要因素. 在熔池横截面上, 凝固过程主要受温度梯度方向的驱使, 取向与温度梯度方向夹角越小的晶粒占优生长. 在纵截面上, 晶粒的生长表现出弯曲生长以及“上三角”的晶粒特征, 温度梯度方向的渐变导致了晶粒弯曲, 相邻晶粒的竞争行为决定了晶粒形貌. 本文阐明了金属激光增材制造晶粒演变的机理, 有助于厘清增材制造热物理、化学、冶金过程, 为凝固组织的预测和调控提供理论指导. 此外, 该多尺度数学模型也适用于其他金属材料的激光增材制造过程.