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连续纤维增强聚合物复合材料3D打印工艺研究进展
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作者 苏文璐 钱波 +2 位作者 茅健 张立强 刘钢 《航空制造技术》 北大核心 2025年第1期117-129,136,共14页
连续纤维增强聚合物复合材料(Continuous fiber reinforced polymer composites,CFRPCs)是增材制造领域的一种新材料,与金属、陶瓷等传统加工材料相比,具有质轻高强、耐疲劳、耐腐蚀等特点,因此广泛应用于航空航天、轨道交通和生物医疗... 连续纤维增强聚合物复合材料(Continuous fiber reinforced polymer composites,CFRPCs)是增材制造领域的一种新材料,与金属、陶瓷等传统加工材料相比,具有质轻高强、耐疲劳、耐腐蚀等特点,因此广泛应用于航空航天、轨道交通和生物医疗等领域。近年来,随着增材制造技术的发展,CFRPCs 3D打印技术为高性能、低成本、可定制化的复杂结构零件制造方案开辟了新思路。本文主要针对CFRPCs 3D打印工艺进行系统综述,重点介绍了以熔融沉积成型工艺为主的CFRPCs 3D打印材料、工艺参数以及性能强化工艺的最新研究进展,并对目前面临的挑战以及未来发展进行了总结与展望。 展开更多
关键词 连续纤维 复合材料 3D打印 熔融沉积 增材制造(AM)
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基于声子晶体的兰姆波谐振器品质因数改善机制研究
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作者 聂时进 孟光 +2 位作者 郑凯 黄栋 刘钢 《压电与声光》 CAS 北大核心 2024年第4期468-473,共6页
针对兰姆波谐振器谐振频率在超过6 GHz时传输损耗高的问题,提出了一种基于具有明显带隙的声子晶体(PnC)阵列的锚杆,能有效提高薄膜铌酸锂兰姆波谐振器(LWR)的品质因数(Q),从而降低兰姆波滤波器的插入损耗。通过构建PnC结构有限元仿真模... 针对兰姆波谐振器谐振频率在超过6 GHz时传输损耗高的问题,提出了一种基于具有明显带隙的声子晶体(PnC)阵列的锚杆,能有效提高薄膜铌酸锂兰姆波谐振器(LWR)的品质因数(Q),从而降低兰姆波滤波器的插入损耗。通过构建PnC结构有限元仿真模型研究了PnC结构的色散关系,采用PnC延迟线模型设计,研究了PnC阵列的传输特性,并通过建立谐振器性能的对比分析。结果表明,在谐振频率稳定的条件下,与传统均匀梁锚杆谐振器相比,PnC阵列锚杆谐振器的Q值提升了5倍。 展开更多
关键词 锚杆损耗 微机电系统(MEMS)谐振器 声子晶体 品质因数 兰姆波
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LDED扫描策略对Ti6Al4V涂层沉积缺陷、微宏观组织和性能的影响
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作者 吴迪 刘钢 赵嫚 《表面技术》 北大核心 2025年第13期151-160,213,共11页
目的激光定向能量沉积(LDED)以其沉积速率高和成本低在制造大型钛航空部件方面具有良好的应用前景,然而制造过程中热量的集聚,使得熔池附近产生了巨大的温度梯度,会诱导Ti6Al4V涂层微观组织及宏观性能发生演变,为了减少沉积层的制造缺陷... 目的激光定向能量沉积(LDED)以其沉积速率高和成本低在制造大型钛航空部件方面具有良好的应用前景,然而制造过程中热量的集聚,使得熔池附近产生了巨大的温度梯度,会诱导Ti6Al4V涂层微观组织及宏观性能发生演变,为了减少沉积层的制造缺陷,获得更好的材料性能,提出一种扫描策略。方法研究扫描策略对Ti6Al4V涂层沉积缺陷、微宏观组织和性能的影响,采用LDED技术制备10层Ti6Al4V熔覆层,以激光功率、扫描速度、沉积方向3个重要工艺参数为基准,设计二水平三因素正交实验,研究沉积策略对涂层缺陷的影响,并对涂层的物相及显微硬度进行分析和测量。结果通过4种策略制备的Ti6Al4V沉积层的物相成分相近,沉积层主要由针状α/α′马氏体和网篮状魏氏体相组成,显微硬度在373HV10~388HV10内波动,沉积层的硬度显著高于基板和热影响区。沉积策略会对温度历史产生显著影响,基板的温度越高,则α′针状相的尺寸越小,组织越细化,硬度越高。结论通过实验和后续的材料表征证明沉积策略是温度变化的关键因素,会显著影响沉积质量。变功率激光通过对温度历史进行优化,可以改善沉积层内部的组织结构,从而获得更少的沉积缺陷和更好的材料性能。 展开更多
关键词 LDED TI6AL4V 沉积策略 微观组织演变 力学性能
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考虑变形连续性的蒙皮镜像加工变形预测柔性方法
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作者 王娜娜 张立强 +1 位作者 许洋洋 刘钢 《航空制造技术》 北大核心 2025年第9期123-130,共8页
飞机蒙皮的尺寸大、刚度小,在切削加工时容易产生加工变形,针对蒙皮的镜像加工变形问题,提出了一种基于子结构技术的变形预测柔性方法。该方法将整个薄壁件分为两个部分,通过耦合两个部分的变形模型降低了求解整个薄壁件变形模型的难度... 飞机蒙皮的尺寸大、刚度小,在切削加工时容易产生加工变形,针对蒙皮的镜像加工变形问题,提出了一种基于子结构技术的变形预测柔性方法。该方法将整个薄壁件分为两个部分,通过耦合两个部分的变形模型降低了求解整个薄壁件变形模型的难度。在考虑刀路变形连续性的基础上,在初始切削位置,加工变形预测方法仍使用传统的迭代方法预测,在其余切削位置,将前一个切削位置的收敛切深作为迭代初始值。相比于传统的加工变形迭代预测方法,该方法大幅提高了收敛速度。最后通过有限元仿真和镜像加工试验证明了所提方法的有效性,该方法整体的计算时间和迭代次数分别降低了46.15%和41.94%。 展开更多
关键词 飞机蒙皮 镜像加工 变形连续性 变形预测 柔性方法
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双五轴镜像铣削加工非线性误差优化方法
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作者 林俊 曹珍珍 +1 位作者 李军利 刘钢 《航空制造技术》 北大核心 2025年第8期105-112,129,共9页
针对航空薄壁件镜像铣削加工中,由于旋转轴线性插补,使得刀轴矢量偏离理论平面而引起的非线性误差问题,提出了一种适用于镜像铣削加工的旋转轴低波动插补刀轴矢量方法,以对非线性误差进行优化。首先,建立了镜像铣机床运动链模型和非线... 针对航空薄壁件镜像铣削加工中,由于旋转轴线性插补,使得刀轴矢量偏离理论平面而引起的非线性误差问题,提出了一种适用于镜像铣削加工的旋转轴低波动插补刀轴矢量方法,以对非线性误差进行优化。首先,建立了镜像铣机床运动链模型和非线性误差模型,得到非线性误差与机床旋转轴运动正相关关系;然后,基于机床运动学,以非线性误差约束和旋转轴角速度约束确定优化区间;最后,对非线性误差最小面线性预插补刀轴矢量,拟合预插补矢量对应离散旋转轴角度点,在非线性误差许可范围内,选择满足镜像铣加工的插补刀轴矢量。经过仿真和试验,最大非线性误差降低73.18%,整体壁厚误差降低68.24%,加工完整路径时间缩减4.39%,有效验证本文所提方法的可行性。 展开更多
关键词 镜像铣削加工 非线性误差 运动学 旋转轴 刀轴矢量
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五轴侧铣加工铣削接触区域建模
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作者 李忠朋 张维 +2 位作者 曹珍珍 张立强 刘钢 《工具技术》 北大核心 2024年第2期73-79,共7页
五轴侧铣加工时,刀具姿态的时变性使得加工过程中的刀具和工件接触区域复杂多变,提取铣削接触区域对研究多轴铣削中的切削力、加工误差和颤振稳定性至关重要,对此提出一种无需提取待加工表面信息的瞬时接触轮廓解析法。使用一系列离散... 五轴侧铣加工时,刀具姿态的时变性使得加工过程中的刀具和工件接触区域复杂多变,提取铣削接触区域对研究多轴铣削中的切削力、加工误差和颤振稳定性至关重要,对此提出一种无需提取待加工表面信息的瞬时接触轮廓解析法。使用一系列离散切削微元表示刀具,根据刀具位置和铣削参数获得各切削微元特征点集,并使用样条曲线对其拟合。综合距离和进给方向条件限制筛选出每段切削微元的切入/切出点,同时表示在工件坐标系中获得瞬时接触轮廓。仿真和试验结果表明,最大切入/切出角误差均在3%以内,且计算效率约为实体建模法的9.5倍,证明了本方法的准确性和高效性。 展开更多
关键词 五轴侧铣 铣削接触区域 刀具位置 铣削参数 待加工表面
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基于螺旋接触线的五轴侧铣刀具定位方法
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作者 李忠朋 张立强 刘钢 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2024年第5期575-584,共10页
针对五轴侧铣加工非可展直纹面时刀具与设计曲面相互干涉的问题,提出了一种基于螺旋接触线的刀具定位方法。首先,基于Z-buffer法建立单个刀位下的误差解析模型,以评估刀具定位方法的优劣。其次,根据非可展直纹面的扭转特性,构造刀轴矢... 针对五轴侧铣加工非可展直纹面时刀具与设计曲面相互干涉的问题,提出了一种基于螺旋接触线的刀具定位方法。首先,基于Z-buffer法建立单个刀位下的误差解析模型,以评估刀具定位方法的优劣。其次,根据非可展直纹面的扭转特性,构造刀轴矢量的数学模型,同时分析刀具-工件接触线的性质及参数表达式。再次,考虑实际加工中的非线性加工误差,通过运动学变换对全局刀位进行路径插补优化。最后,基于改进两点偏置法、最小二乘法及所提出的方法进行仿真分析并对比3种方法所产生的误差,同时基于后2种方法进行实验验证。仿真和实验结果表明,所提出的方法能够有效减小侧铣加工中的原理误差,可为非可展直纹面的五轴侧铣加工提供一定的参考依据。 展开更多
关键词 五轴侧铣 非可展直纹面 螺旋接触线 路径优化 原理误差
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超声振动对退火态Cr4Mo4V轴承钢拉伸性能的影响
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作者 栾振猛 赵嫚 +2 位作者 茅健 张立强 刘钢 《轴承》 北大核心 2024年第11期50-55,76,共7页
为探究轴承钢在超声能场作用下的塑性变形机理,进行了不同超声振幅和拉伸速度的超声振动辅助拉伸试验并观察试样的断口形貌,结果表明:Cr4Mo4V轴承钢的塑性变形能力随声能密度的增加有提高的趋势;超声振幅为2.7~3.6μm时,Cr4Mo4V轴承钢... 为探究轴承钢在超声能场作用下的塑性变形机理,进行了不同超声振幅和拉伸速度的超声振动辅助拉伸试验并观察试样的断口形貌,结果表明:Cr4Mo4V轴承钢的塑性变形能力随声能密度的增加有提高的趋势;超声振幅为2.7~3.6μm时,Cr4Mo4V轴承钢拉伸屈服强度最大降低了10.4%,屈服应变最大减小了17.7%;超声卸载后能量因材料阻尼作用消散,Cr4Mo4V轴承钢出现了残余声硬化现象,试样的峰值应力增大;Cr4Mo4V轴承钢试样的断口为韧性断裂,超声振动条件下试样断口没有明显的颈缩,韧窝呈现扁平状且尺寸小而浅。超声能场降低了Cr4Mo4V轴承钢的加工变形抵抗力并提高了材料强度。 展开更多
关键词 滚动轴承 高温轴承钢 Cr4Mo4V 超声 振动 声能 塑性变形 断口
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连续与短切CF增强PA6复合材料双喷头3D打印工艺参数优化 被引量:5
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作者 苏文璐 卢立成 +3 位作者 钱波 茅健 张立强 刘钢 《工程塑料应用》 CAS CSCD 北大核心 2023年第11期71-77,共7页
为提升连续碳纤维(CF)和短切CF增强尼龙6复合材料3D打印制件的力学性能、优化3D打印基础工艺参数,基于熔融沉积型3D打印工艺,通过自主搭建的双喷头3D打印实验平台制备打印制件,并以此为研究对象,设计4因素3水平正交试验,研究连续CF隔层... 为提升连续碳纤维(CF)和短切CF增强尼龙6复合材料3D打印制件的力学性能、优化3D打印基础工艺参数,基于熔融沉积型3D打印工艺,通过自主搭建的双喷头3D打印实验平台制备打印制件,并以此为研究对象,设计4因素3水平正交试验,研究连续CF隔层数、连续CF打印间距、打印温度、打印速度四种工艺参数对打印制件拉伸强度和弯曲强度的影响。采用极差分析法得到最佳工艺参数组合,验证正交试验结果。使用扫描电子显微镜观察拉伸制件和弯曲制件的断裂面微观形貌,进一步探究了打印制件的层间断裂形貌特性和层内丝材分布规律。结果表明,当连续CF隔层数为1、连续CF打印间距为0.5 mm、打印温度为250℃、打印速度为900 mm/s时,打印制件的层内沉积线之间孔隙较少,层间结合效果较好,其拉伸强度和弯曲强度达到最高,分别为109.73 MPa和119.14 MPa,与短切CF增强尼龙6复合材料相比,拉伸强度提升了249%,弯曲强度提升了286%。 展开更多
关键词 碳纤维 尼龙6 熔融沉积 复合材料 3D打印 正交试验 工艺参数
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