热、力及其复合外场原位辅助熔融沉积成型技术研究进展

熔融沉积成型(fused filament fabrication, FFF)是典型的聚合物增材制造技术之一,因其原料利用率高,成型原理简单且成本低而受到广泛关注。然而,FFF技术采用逐层堆积的加工方式,导致其成型件的层间界面结合强度较弱、宏观力学性能呈各向异性,因此较少用于工业领域关键零部件的制造。为此,发展了外场原位辅助的FFF技术,借助热场、力场及其复合外场,原位促进FFF成型过程中的层间结合行为,进而提高FFF成型件的宏观力学性能。本文从FFF成型的层间结合现象出发,归纳无定形聚合物和结晶性聚合物的层间结合机理,概述热场和力场对层间结合的影响机制,综述各类热、力及其复合外场辅助FFF技术的研究进展,并讨论各类原位辅助技术对FFF成型件力学性能的改善与不足,最后展望该技术在材料、工艺与装置等方面的发展前景和趋势,为促进FFF技术的工程应用提供理论支撑和技术参考。     

复合材料柔软性对倒金字塔微结构阵列传感器性能的影响

采用模压成型方法制备了2种柔软性不同的热塑性聚氨酯/短切碳纤维/碳纳米管(TPU/SCF-CNT)复合材料复制物, 其表面上具有倒金字塔微结构阵列, 内部有SCF与CNT共同构成的导电通路. 将复合材料复制物和相应的复合材料平整片封装成柔性传感器. 结果表明, 压力作用下传感器内复制物和平整片之间的接触电阻因倒金字塔底棱的形变而显著降低. 对使用柔软性较高的复合材料封装的传感器, 虽然其相对迟滞稍大, 但压力作用下倒金字塔底棱形变量较大, 且复制物和平整片内导电通路增加量较大, 因此其在0~2.5 kPa的线性区内具有较高的灵敏度(0.32 kPa^?1). 制备的2种传感器均具有快速响应特性, 且能在500 s(约1580次)的循环压缩/释放测试(峰值压力约3 kPa)中保持较稳定的电阻响应. 研究表明, 利用模压成型的表面倒金字塔结构复合材料复制物封装成的柔性压力传感器具有良好的传感性能.     

微电子元件制造过程中的应力分析

本文分析了一个典型的微电子元件在创造过程中残余应力的分布和演化．与以往大多数类似的分析工作的不同之处在于，我们并不是对一个已成型的结构再回过头去仅仅分析其温度历史下相应的应力状态，而是追踪了该结构成型过程的各个方面，尤其是由于工艺过程中结构几何形状的变化而引起的应力重分布．采用的方法则是控制某些材料所对应的单元在某一特定的时刻以后才起作用，这种方法对于各种制造过程的分析非常有效．     

A quasi-flow constitutive model with strain-rate dependence

In this paper, the proposed is a quasi-flow constitutive model with strain-rate sensitivity for elastic plastic large deformation. The model is based on the Quasi-flow Corner theory, and is suitable for the sheet metal forming process simulation with a variable punch machine velocity. Uniaxial tensile tests and deep-drawing tests of a circular blank with square punch are carried out and numerically simulated. The consistency between the experimental and the numerically simulated results shows the validity of the present new constitutive model. The project supported by the Scientific Foundation of National Outstanding Youth of China (10125208), the National Natural Science Foundation of China (19832020), and the National Education Committee of China     

成型充填过程的ALE有限元模拟

在ALE框架中提出了一个用于成型充填过程有限元数值模拟的模型。应用ALE参考构形及ALE参考粒子速度描写充填过程中的熔体质量运动。摒弃了Hele-Shaw近似假定,因而所提出的模型能用于非薄壁型腔中高分子材料充填过程的数值模拟。应用基于时域分步算法的Taylor-Galerkin方法,对控制成型充填过程的守恒方程建立了弱形式。对移动自由面附近的充填材料区构造了网格生成算法与网格重划分方案。给出了在几种不同形状的典型腔体中充填过程的数值模拟结果,表明了所提出的ALE有限元模型模拟充填过程的有效性。     

ABS注塑制品的模内蠕变试验研究

不同于传统的热残余应力分析,本文着眼于注塑制品的模内蠕变研究。通过测试ABS注塑薄板在不同工艺条件下的收缩变形,比较基于弹性理论的热收缩,进而得到了模内蠕变量。分析结果表明,模内蠕变对于降低制品最终的收缩变形起着重要的作用。在研究了各种工艺条件对制件模内蠕变的影响后,发现较低的模腔表面温度或较长的成型周期会导致蠕变增大,而制件在模内的蠕变(或应力松弛)主要发生在固化后的高温区。本文同时探讨了保压压力对蠕变的影响。高注塑保压压力通常会减小注塑件的收缩,但同时会减小制件模内蠕变。     

高分子材料注塑固化阶段的残余应力分析

在结晶性高分子材料注塑过程的固化阶段，温度分布、材料细观结构和应力应变之间相互耦合，因而其变化规律非常复杂．本文在井上等人考虑材料细观结构变化的金属热加工工艺应力分析［３～６］的基础上，发展了一套用于高分子注塑固化阶段残余应力分析的本构描述和有限元分析方法．在本构模型中，同时考虑了温度变化、结晶和“冻结取向”对变形的贡献．     

爆炸成型弹丸贯穿混凝土的实验研究

介绍几种聚能装药对混凝土层的破坏效果，并对聚能装药的结构设计与破坏效果的相互关系进行了分析与讨论。文中重点对截卵形药型罩、亚半球变壁厚药型罩、双功能药型罩的装药结构、破甲能力及目标结构特性进行了研究。     

宾汉姆体的缓凝砂浆在单螺杆挤出机中的流动

在实验的基础上，研究了宾汉姆体的缓凝砂浆在单螺杆挤出机中的流动；运用流变学理论， 建立了缓凝砂浆螺旋输送物理模型；对缓凝砂浆螺旋输送与包裹机构的工作机理进行了分析 与研究，得出了缓凝砂浆连续输送的条件，螺杆转速必须大于临界转速. 实验发现：宾汉姆 体的缓凝砂浆在螺旋输送与包裹机构中当螺杆转速在78$\sim$240\,r/min范 围内可实现连续输送和包裹.     

三维动力学分析软件MSC／DYTRAN功能及其应用

简要介绍了三维动力学分析软件ＭＳＣ／ＤＹＴＲＡＮ的功能，基本特征，以及在数值计算领域如：浅滩水下爆破，弹丸高速碰撞，成型装药等问题中的应用，并给出了部分算例。