均匀化处理对激光选区熔化GH3536和GH4169合金组织和显微硬度的影响 被引量：2

1

作者 耿硕 张冬云 +4 位作者 李健民 仪登豪 池煜璟 黄帅 张学军 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期72-83,共12页

GH3536和GH4169镍基高温合金常用来制造航空发动机等热端部件。采用激光选区熔化(selective laser melting,SLM)最优工艺参数制备GH3536和GH4169合金试样,研究不同均匀化温度和保温时间对两种合金组织演变、平均晶粒尺寸和性能的影响,利... GH3536和GH4169镍基高温合金常用来制造航空发动机等热端部件。采用激光选区熔化(selective laser melting,SLM)最优工艺参数制备GH3536和GH4169合金试样,研究不同均匀化温度和保温时间对两种合金组织演变、平均晶粒尺寸和性能的影响,利用OM、SEM、EDS等方法表征其缺陷特征和微观组织,利用维氏硬度仪测试合金的显微硬度。结果表明:成形态GH3536合金中存在更多缺陷,包括气孔、裂纹和未熔合;成形态GH4169合金中只存在气孔。均匀化处理使合金熔池消失,使晶粒长大成为等轴晶。GH3536合金晶界和晶内有M_(23)C_(6)析出,GH4169合金晶界和晶内有NbC析出,随着均匀化温度升高,析出物明显减少。GH3536合金的平均晶粒尺寸从1130℃,1 h的48.5μm增大到1250℃,4 h的100.9μm,增大了106.8%;GH4169的平均晶粒尺寸从1080℃,1 h时的57μm增大到1200℃,4 h时的87.4μm,增加了53.3%。GH3536合金经过均匀化处理后显微硬度下降明显,由原来262HV下降到180~190HV;与之相反,GH4169合金经过均匀化处理后硬度提高,显微硬度均保持在430~450HV之间,明显高于成形态试样的313HV。 展开更多

关键词 激光选区熔化 GH3536 GH4169 微观组织 均匀化热处理 平均晶粒尺寸 显微硬度

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激光粉末床熔融成形CuCrZr组织与性能研究

2

作者 董鹏 汪洋 +4 位作者 张立正 刘涵 张子佳 张京京 王润泽 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2024年第15期42-47,共6页

采用激光粉末床熔融(L-PBF)成形技术制备CuCrZr合金复杂结构件。在最佳成形工艺参数下,制备了相对密度为99.65%的合金试样,并对L-PBF成形试样在不同方向的微观组织结构和性能进行研究。结果表明,XOY平面的显微组织为晶粒尺寸不一的等轴... 采用激光粉末床熔融(L-PBF)成形技术制备CuCrZr合金复杂结构件。在最佳成形工艺参数下,制备了相对密度为99.65%的合金试样,并对L-PBF成形试样在不同方向的微观组织结构和性能进行研究。结果表明,XOY平面的显微组织为晶粒尺寸不一的等轴晶。XOZ平面的显微组织形貌显示柱状晶沿成形方向贯穿成形层生长,晶粒尺寸较大,且存在半圆形熔池。CuCrZr合金在XOY平面的显微硬度高于XOZ平面,拉伸试样的拉伸性能在XOY平面与XOZ平面存在轻微的差异。拉伸断口形貌均存在大量韧窝,是一种以塑性变形为主导的延性断裂。XOY平面的自由电子通过较粗柱状晶进行传输,晶界产生较少的散射作用。XOZ平面的自由电子通过垂直成形方向的等轴晶粒进行传输,晶界产生的散射作用较大,因此导致XOZ平面的导电率与热导率均低于XOY平面。 展开更多

关键词 激光粉末床熔融 CUCRZR合金 显微组织 力学性能 物理性能

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3D打印技术中的数据文件格式 被引量：12

3

作者 李彦生 尚奕彤 +5 位作者 袁艳萍 陈继民 李东方 王颖 刘春春 窦阳 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第7期1009-1016,共8页

3D打印是一种快速成型技术,以数字化模型文件为基础进行建模,并通过逐层打印的方式来实现实体的制造,不同的数据文件格式直接影响加工过程和加工效果.介绍了3D打印的工艺流程与三维模型数据的获取技术,从三维数据文件格式、二维层片文... 3D打印是一种快速成型技术,以数字化模型文件为基础进行建模,并通过逐层打印的方式来实现实体的制造,不同的数据文件格式直接影响加工过程和加工效果.介绍了3D打印的工艺流程与三维模型数据的获取技术,从三维数据文件格式、二维层片文件格式、新型的数据文件格式3个方面系统阐述了3D打印技术中的数据文件格式,并分析了各种数据文件格式的内涵与优缺点.最后,根据目前3D打印的发展给出了未来数据文件格式的发展方向. 展开更多

关键词 3D打印 建模 数据文件格式

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3D打印氧化铝陶瓷的气氛脱脂热处理工艺研究 被引量：8

4

作者 曾勇 张子佳 +2 位作者 孙立君 姚海华 陈继民 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期333-337,共5页

脱脂热处理工艺对于3D打印陶瓷的成形质量具有重要的影响。目前光固化3D打印制备得到的氧化铝生坯经过在空气中的脱脂热处理工艺后烧结最终得到的氧化铝陶瓷存在的微观裂纹等缺陷,将导致其力学性能较差。本工作研究了基于数字光处理(Dig... 脱脂热处理工艺对于3D打印陶瓷的成形质量具有重要的影响。目前光固化3D打印制备得到的氧化铝生坯经过在空气中的脱脂热处理工艺后烧结最终得到的氧化铝陶瓷存在的微观裂纹等缺陷,将导致其力学性能较差。本工作研究了基于数字光处理(Digital light processing, DLP)技术的氧化铝陶瓷打印热处理工艺,将3D打印制备得到的氧化铝陶瓷生坯分别在空气与氩气中脱脂后比较其宏观形貌,发现在空气下脱脂的氧化铝生坯存在微观裂纹。再将脱脂后的生坯在空气下烧结得到氧化铝陶瓷,并对其微观形貌和宏观性能进行表征,发现在氩气下脱脂的氧化铝陶瓷平均晶粒尺寸要比直接在空气中脱脂得到的氧化铝陶瓷平均晶粒尺寸大,而且晶粒结构致密,无明显气孔和杂相,而且具有更高的抗压强度。这说明在氩气中脱脂后烧结得到的氧化铝陶瓷性能更好。在氩气中脱脂的氧化铝致密度最高可达到96.72%,抗压强度可达到761.7 MPa,相比于只在空气中脱脂的氧化铝陶瓷性能得到显著提升。 展开更多

关键词 数字光处理技术(DLP) 氧化铝 氩气脱脂 空气脱脂

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选区激光熔融技术制备多孔支架及其单元结构的拓扑优化 被引量：6

5

作者 陈继民 王颖 +1 位作者 曹玄扬 李东方 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第4期489-495,共7页

针对传统制造多孔结构具有的盲目性和不确定性以及如何将多孔结构有效的设计理念应用于实际制造的问题,提出了一种设计及制造具有多孔支架结构的方法.该方法通过设计单元结构,使其组成的多孔结构能在降低弹性模量的基础上保证结构的力... 针对传统制造多孔结构具有的盲目性和不确定性以及如何将多孔结构有效的设计理念应用于实际制造的问题,提出了一种设计及制造具有多孔支架结构的方法.该方法通过设计单元结构,使其组成的多孔结构能在降低弹性模量的基础上保证结构的力学性能.首先,应用Optistruct软件对单元结构进行拓扑优化,提取优化的单元结构;然后,在Magics里将单元模型修复、阵列得到多孔支架,用选区激光熔融技术制造多孔支架;最后,对多孔结构的力学性能进行了测试.实验结果表明:多孔支架的弹性模量与抗压强度值均在骨骼的要求范围内. 展开更多

关键词 拓扑优化 多孔结构 选区激光熔融 弹性模量

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基于激光选区熔化的点阵结构设计、性能及应用研究进展 被引量：5

6

作者 张冬云 刘智远 +3 位作者 胡松涛 卫垚宇 黄浩 梁锐 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2023年第10期34-49,共16页

激光选区熔化技术(Selective laser melting,SLM)作为第三次工业革命的引擎技术,突破了传统加工技术的制造极限,为航空航天、医疗、汽车等领域高性能部件的结构设计和制造提供了可能。点阵结构因具有高比强度、高比刚度、低热膨胀系数... 激光选区熔化技术(Selective laser melting,SLM)作为第三次工业革命的引擎技术,突破了传统加工技术的制造极限,为航空航天、医疗、汽车等领域高性能部件的结构设计和制造提供了可能。点阵结构因具有高比强度、高比刚度、低热膨胀系数和高比表面积等特性,已被广泛应用于各类学科领域。依托SLM技术,结合材料–结构–性能一体化的创新型制造模式,现阶段点阵结构已经成为多学科领域所提出的轻量化、高性能及多功能的设计及制造的有效解决方案。本文详细介绍了SLM技术制造点阵结构的种类、工艺协同性及设计优化方法;对点阵结构的力学性能和能量吸收能力进行了分析;阐述了几类典型功能点阵结构在航空航天、医疗及汽车等领域的应用,并就点阵结构在工程应用领域的未来发展做出了展望。 展开更多

关键词 激光选区熔化(SLM) 金属材料 点阵结构 力学性能 能量吸收

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激光熔覆过程光束能量衰减的模拟 被引量：3

7

作者 张冬云 董东东 +2 位作者 张晖峰 赵恒 谢印开 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第4期537-545,共9页

为了应用能量守恒对同轴送粉激光熔覆中的熔覆层性能进行精确计算,研究了激光束穿过粉末云时能量的衰减现象和衰减规律.利用流体软件模拟实际喷嘴喷粉的过程,并利用有限元软件模拟激光束穿过粉末云的能量衰减规律,得到了激光-粉末相互... 为了应用能量守恒对同轴送粉激光熔覆中的熔覆层性能进行精确计算,研究了激光束穿过粉末云时能量的衰减现象和衰减规律.利用流体软件模拟实际喷嘴喷粉的过程,并利用有限元软件模拟激光束穿过粉末云的能量衰减规律,得到了激光-粉末相互作用区域内粉末云质量浓度随z轴的分布曲线,以及不同激光功率下和不同粉末云质量浓度下,从喷嘴出口到基材之间粉末云对激光衰减率的变化曲线.结果表明:激光束穿过粉末云的过程中,未到粉末交汇处时光强衰减较弱,汇聚处能量衰减明显.对衰减率进行定量研究可以很好地用于熔池温度场的精确计算. 展开更多

关键词 激光技术 激光熔覆 粉末云 能量衰减

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激光抛光模具钢参数优化 被引量：6

8

作者 陈继民 仇毅 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第12期1841-1845,共5页

模具表面抛光是模具加工中一个未能很好解决的难题,现在主要通过手工完成,而且效率极低.为了提高效率、降低劳动强度,出现了激光抛光技术.激光抛光金属是通过将金属表面的很薄的一层融化,由于表面张力的作用,融化的材料填充到原先表面... 模具表面抛光是模具加工中一个未能很好解决的难题,现在主要通过手工完成,而且效率极低.为了提高效率、降低劳动强度,出现了激光抛光技术.激光抛光金属是通过将金属表面的很薄的一层融化,由于表面张力的作用,融化的材料填充到原先表面的沟壑中来实现的.光纤激光器体积小,效率高,在工业中有广泛的应用,因此,采用连续光纤激光器,用正交试验设计的方法,对模具钢进行激光抛光试验,并对影响抛光效果的几个主要参数:功率、离焦量、扫描速度和扫描间隔等进行试验并优化,通过优化参数,可以将模具表面的粗糙度由1.0μm降低到0.2μm,抛光效果显著. 展开更多

关键词 模具制造 激光抛光 光纤激光

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3D打印技术与传统铸造工艺对制造牙科钴铬合金烤瓷牙内胆的性能比较与研究 被引量：6

9

作者 张冬云 高志鹏 +2 位作者 董冬冬 刘臻 周岩 《电加工与模具》 2015年第6期32-35,40,共5页

对传统铸造工艺与3D打印技术中的选区激光熔化技术在制作金属内胆烤瓷牙的CoCr合金方面的性能进行对比。主要对金属内胆烤瓷面的表面粗糙度、金瓷结合性能、热膨胀系数、力学性能等进行比较研究,找出了这两种工艺产生不同性能的原因和... 对传统铸造工艺与3D打印技术中的选区激光熔化技术在制作金属内胆烤瓷牙的CoCr合金方面的性能进行对比。主要对金属内胆烤瓷面的表面粗糙度、金瓷结合性能、热膨胀系数、力学性能等进行比较研究,找出了这两种工艺产生不同性能的原因和相同工艺中不同性能之间的联系。同时提出了一种热处理方法,可改善3D打印技术存在的不足。 展开更多

关键词 材料 铸造 激光选区熔化 金瓷结合强度 工艺 性能

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柱坐标式FDM 3D打印机的研制 被引量：4

10

作者 陈继民 王文椿 +2 位作者 姜缪文 晏恒峰 李东方 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第6期814-818,共5页

针对基于笛卡儿坐标系的熔融沉积成型(fused deposition molding,FDM)3D打印机打印旋转体精度低,且速度慢等问题,设计开发了一种基于柱坐标系的FDM 3D打印机.其成型原理和机械结构都借鉴了传统的FDM 3D打印机,并在此基础上将基于笛卡儿... 针对基于笛卡儿坐标系的熔融沉积成型(fused deposition molding,FDM)3D打印机打印旋转体精度低,且速度慢等问题,设计开发了一种基于柱坐标系的FDM 3D打印机.其成型原理和机械结构都借鉴了传统的FDM 3D打印机,并在此基础上将基于笛卡儿坐标系的运动方式改为基于柱坐标系的运动方式.相较于传统FDM 3D打印机,在使用相同的硬件(包括电机、喷头、打印丝材)配置情况下,该设备打印旋转体模型时可以实现更高的打印精度,在某些情况下可以实现更快的打印速度. 展开更多

关键词 3D打印 柱坐标式FDM打印机 旋转体打印 打印精度

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3D打印技术在模具制造中的应用 被引量：14

11

作者 王颖 袁艳萍 陈继民 《电加工与模具》 2016年第A01期14-17,共4页

介绍了基于3D打印技术的快速模具制造技术,并对快速模具进行分类。阐述了不同种类快速模具的特点及其制造工艺,分析了3D打印技术在模具制造中的优势。

关键词 模具制造 3D打印 快速模具 工艺

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选区激光熔化成形碳化硅颗粒增强铝基复合材料研究现状及航空航天应用 被引量：12

12

作者 周岩 张冬云 +1 位作者 王卫东 李泠杉 《航空制造技术》 2018年第10期68-73,共6页

综合评述了选区激光熔化(SLM)成形碳化硅颗粒增强铝基复合材料国内外研究现状,分析了选区激光熔化成形碳化硅颗粒增强铝基复合材料的技术难点,介绍了碳化硅颗粒增强铝基复合材料在航空航天领域应用案例及选区激光熔化技术优势,最后对选... 综合评述了选区激光熔化(SLM)成形碳化硅颗粒增强铝基复合材料国内外研究现状,分析了选区激光熔化成形碳化硅颗粒增强铝基复合材料的技术难点,介绍了碳化硅颗粒增强铝基复合材料在航空航天领域应用案例及选区激光熔化技术优势,最后对选区激光熔化成形碳化硅颗粒增强铝基复合材料研究进行了展望。 展开更多

关键词 选区激光熔化(SLM) 碳化硅颗粒 铝基复合材料 航空航天

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激光功率对多壁碳纳米管形貌和连接的影响 被引量：1

13

作者 袁艳萍 尚奕彤 陈继民 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第10期1446-1450,共5页

为了研究了多壁碳纳米管的连接和表面形貌变化,利用1 064 nm光纤激光辐照多壁碳纳米管对其进行连接,并通过扫描电镜观测其连接现象.通过改变激光功率密度和辐照时间,研究其对碳纳米管的连接效果及其表面形貌改变.结果表明:激光功率密度... 为了研究了多壁碳纳米管的连接和表面形貌变化,利用1 064 nm光纤激光辐照多壁碳纳米管对其进行连接,并通过扫描电镜观测其连接现象.通过改变激光功率密度和辐照时间,研究其对碳纳米管的连接效果及其表面形貌改变.结果表明:激光功率密度对多壁碳纳米管的表面形貌和连接质量均有影响;当激光总功率密度约为90W/cm^2时,可观测到碳纳米管的连接;由于热累积效应,当激光总功率密度较高时,激光诱导孔洞结构和纳米粒子在碳纳米管的壁管上大量出现,碳纳米管的长径比也严重下降,这对碳纳米管的应用极其不利. 展开更多

关键词 激光技术 多壁碳纳米管 纳米连接 扫描电镜

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SLM制造金属微小结构件的可行性研究 被引量：7

14

作者 张冬云 曹玄扬 李丛洋 《电加工与模具》 2016年第3期42-46,共5页

利用M270金属快速成形设备分别制造薄壁结构和微孔结构,分析了其制造极限和尺寸精度。结果表明：M270加工纯镍粉薄板的加工极限为0.2 mm。板厚0.2 mm以上的薄壁成形稳定性很好,同一批次样件、同一样件不同位置的误差均控制在20μm以下,... 利用M270金属快速成形设备分别制造薄壁结构和微孔结构,分析了其制造极限和尺寸精度。结果表明：M270加工纯镍粉薄板的加工极限为0.2 mm。板厚0.2 mm以上的薄壁成形稳定性很好,同一批次样件、同一样件不同位置的误差均控制在20μm以下,实测尺寸与理论尺寸单边相差约40μm;孔径0.3 mm以上的小孔成形质量稳定,0.3 mm以下出现不通气现象。小孔直径产生60~90μm的收缩,纵向（Z向）成形比横向（Y向）成形质量高,表面粗糙度值随孔径的增大而减小,到0.45 mm孔径后趋于平缓。 展开更多

关键词 选择性激光熔化成形 微小结构 加工极限 尺寸误差 尺寸精度

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激光器在增材制造中的应用 被引量：2

15

作者 陈继民 张成宇 《航空制造技术》 2020年第22期42-53,共12页

为了解激光对增材制造的影响,综述了增材制造中广泛应用的激光类型,针对每种激光类型分析了增材制造相关的重要参数。此外,对于每种激光器在增材制造中应用存在的优点和限制性进行了剖析。对于每种增材制造方式,介绍了所适用激光器的最... 为了解激光对增材制造的影响,综述了增材制造中广泛应用的激光类型,针对每种激光类型分析了增材制造相关的重要参数。此外,对于每种激光器在增材制造中应用存在的优点和限制性进行了剖析。对于每种增材制造方式,介绍了所适用激光器的最新进展。最后,讨论了基于激光技术的增材制造的未来前景。研究表明,CO2和Nd∶YAG激光器仍然是各种激光制造技术的中坚力量;Yb光纤激光器具有更高的平均功率、系统稳定性、高参数可调性和低维护成本等优势,正逐渐替代Nd∶YAG激光器;尽管准分子激光器光束质量相对较低且成本较高,但仍需要其基于高功率紫外激光的增材制造以用于研究目的;基于激光的增材制造必须根据目标性能选择作为增材制造的激光源。 展开更多

关键词 增材制造 3D打印 立体光固化 选择性激光烧结 选择性激光熔化 直接金属激光烧结

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基于多视图的三维模型采集系统的研制 被引量：9

16

作者 曹文意 陈继民 +1 位作者 袁艳萍 刘思达 《计量学报》 CSCD 北大核心 2019年第6期1000-1005,共6页

研制了一种基于多视图的三维模型采集系统,该系统用三维扫描和立体视觉技术,利用一台相机,结合必要的机械结构即可完成三维模型的采集工作。实验研究结果表明:该系统在圆周方向的测量平均偏差R r=0.94,在长度方向的测量平均偏差R l=0.87... 研制了一种基于多视图的三维模型采集系统,该系统用三维扫描和立体视觉技术,利用一台相机,结合必要的机械结构即可完成三维模型的采集工作。实验研究结果表明:该系统在圆周方向的测量平均偏差R r=0.94,在长度方向的测量平均偏差R l=0.87,符合一些3 D打印逆向工程领域的精度要求,与传统的三维模型采集系统相比较,该系统成本较低,可以完成较高精度的三维模型采集工作,为深入研究三维模型采集系统奠定了良好的基础。 展开更多

关键词 计量学 多视图 3 D打印 三维模型 采集系统 扫描 立体视觉

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基于混合坐标系的FDM型3D打印机研制 被引量：9

17

作者 曹文意 陈继民 +1 位作者 袁艳萍 刘思达 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2019年第1期110-115,共6页

传统FDM(fused deposition molding,熔融沉积成型)型3D打印机在打印倒体件的过程中需设置辅助支撑结构,打印完成后去除支撑结构,这会导致成型件的精度降低。为解决传统FDM型3D打印机存在的问题,设计了一种基于混合坐标系的FDM型3D打印... 传统FDM(fused deposition molding,熔融沉积成型)型3D打印机在打印倒体件的过程中需设置辅助支撑结构,打印完成后去除支撑结构,这会导致成型件的精度降低。为解决传统FDM型3D打印机存在的问题,设计了一种基于混合坐标系的FDM型3D打印机。将基于笛卡尔坐标系的运动方式转换为基于拟球坐标系的运动方式,由X-Z平面内的旋转运动、X-Y平面内的旋转运动和Z轴方向的直线运动组合成拟球坐标系内的运动,达到无支撑3D打印的目的。介绍了基于混合坐标系的FDM型3D打印机控制系统的硬件和软件设计。用传统FDM型和基于混合坐标系的FDM型3D打印机进行打印实验并作对比,结果表明在同等级精度硬件配置的情况下,基于混合坐标系的FDM型3D打印机可以实现更高的打印精度。基于混合坐标系的FDM型3D打印机创新性强、造价低,拥有自主知识产权,具有广阔的市场前景。 展开更多

关键词 3D打印 混合坐标系 倒体打印 无支撑

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激光诱导碳纳米管制备石墨烯纳米带及其电学性能分析 被引量：2

18

作者 刘志 陈继民 +1 位作者 李东方 张成宇 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第9期218-222,共5页

通过将纳米管解压缩可以很容易地生产石墨烯纳米带,因为碳纳米管结构可以被认为是卷起的石墨烯筒。这是一种特殊的2D石墨结构,具有出色的性能。应用领域广泛,包括晶体管、光学和微波通信设备、生物传感器、化学传感器、电子存储和处理... 通过将纳米管解压缩可以很容易地生产石墨烯纳米带,因为碳纳米管结构可以被认为是卷起的石墨烯筒。这是一种特殊的2D石墨结构,具有出色的性能。应用领域广泛,包括晶体管、光学和微波通信设备、生物传感器、化学传感器、电子存储和处理设备以及纳米机电系统和复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)观察薄膜的形貌,通过拉曼光谱法表征石墨烯的性质,并通过半导体参数测量系统测量薄膜的电导率。拉曼光谱表明,通过优化工艺可以增强石墨烯的拉曼特性。碳纳米管制备石墨烯带的两个重要参数是激光能量密度和辐照时间。在这项研究中,通过准分子激光辐照碳纳米管薄膜来生产石墨烯纳米带。实验结果表明,在150 mJ的激光能量下,观察到连接时碳纳米管没有打开。在450 mJ的能量下,可以有效地破坏碳纳米管,并且使其部分地形成石墨烯带。此时,膜的电导率达到最大值。由于蓄热作用,在碳纳米管壁上出现大量的多孔结构。 展开更多

关键词 碳纳米管 石墨烯 准分子激光 拉曼光谱

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基于拓扑优化技术的军用头盔内胆结构三维打印 被引量：4

19

作者 姜缪文 闫健卓 陈继民 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期1845-1853,共9页

针对目前军用头盔的轻量化设计问题,提出基于拓扑优化技术的军用头盔内胆轻量化设计方法。利用三维(3D)打印在成型复杂异形结构时的优势,建立具有计算机建模、数值模拟、3D打印以及工程验证的军用头盔内胆结构轻量化设计流程。根据有限... 针对目前军用头盔的轻量化设计问题,提出基于拓扑优化技术的军用头盔内胆轻量化设计方法。利用三维(3D)打印在成型复杂异形结构时的优势,建立具有计算机建模、数值模拟、3D打印以及工程验证的军用头盔内胆结构轻量化设计流程。根据有限元分析法,提出一种基于结构势能最小的拓扑优化算法。设计流程主要包括:通过计算机辅助设计软件对设计对象进行3D建模;使用计算机辅助分析软件Hyper Works中的Hyper Mesh建立有限元模型;通过Hyper Works中的Opti Struct进行拓扑优化设计,查看拓扑优化模型的位移结果,确定设计结构是否满足约束条件。为满足头盔所必须具有的吸能防撞功能需求,在拓扑优化后的头盔内胆基础上,在其侧面加载蜂窝式吸能结构。使用结构优化设计软件solid Thinking Inspire对带有蜂窝式结构的头盔内胆结构进行数值分析验证,模拟真实的头盔佩戴工况,优化前后的von Mises最大等效应力近似一致。对实验模型进行工程受力验证,对比优化前后军用头盔内胆的承受载荷能力。实验结果表明:在满足一定的约束条件和功能需求的情况下,拓扑优化结构可达到轻量化设计的目的,减重效果可达到17.14%,最大承受力达到原始结构的93.72%;同时3D打印技术结合数值模拟可以缩短研发周期,提高制造效率。 展开更多

关键词 兵器科学与技术 数值模拟 三维打印 军用头盔内胆 拓扑优化 蜂窝吸能结构

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气动射流除泡器参数仿真分析及优化

20

作者 张成宇 袁艳萍 +1 位作者 曾勇 陈继民 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期230-242,共13页

为解决发酵中大量泡沫导致的工作体积减小、环境污染等问题,研制出一种环保生物发酵除泡器,用纯机械的拉瓦尔结构达到无污染、高除泡效率的目的.通过三维共轭有限体积模拟,比较了传统螺旋式和拉瓦尔式除泡器结构在同等工作条件下的进口... 为解决发酵中大量泡沫导致的工作体积减小、环境污染等问题,研制出一种环保生物发酵除泡器,用纯机械的拉瓦尔结构达到无污染、高除泡效率的目的.通过三维共轭有限体积模拟,比较了传统螺旋式和拉瓦尔式除泡器结构在同等工作条件下的进口流速和负压性能.针对拉瓦尔结构进行了参数分析,利用ANSYS Workbench进行了响应面和敏感度分析,并进行了优化.结果表明:相较于螺旋式除泡器,以拉瓦尔结构为核心的除泡器泡沫进口处平均气体流速提高了2~4倍,入口平均负压提高了57~599 Pa;拉瓦尔结构的最佳喉部半径为5 mm,压缩段长度50 mm,扩张段长度85 mm.采用拉瓦尔结构除泡器有望推动生物发酵行业低能耗、零排放,助力"双碳"目标的实现. 展开更多

关键词 生物发酵 气动射流结构 拉瓦尔结构 环保除泡器 响应面优化 碳中和

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