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航空发动机支架增材制造轻质设计研究 被引量：4
1
作者 王凤 张博 +1 位作者 王超 杨光 《机械设计与制造》 北大核心 2022年第10期157-160,共4页
零部件的轻量化对提升航空航天装备效能意义极大,传统的制造技术难于满足小批量多品种零件的轻量化制造需求,而增材制造技术的发展为航空航天零部件的个性化制造打开新局面。本文以某型航空发动机附件支架为例,研究其受载荷的应力和变... 零部件的轻量化对提升航空航天装备效能意义极大,传统的制造技术难于满足小批量多品种零件的轻量化制造需求,而增材制造技术的发展为航空航天零部件的个性化制造打开新局面。本文以某型航空发动机附件支架为例,研究其受载荷的应力和变形情况、分析其传力路径,采用构型拓扑化的思路结合增材制造工艺特点,按传力路径优化材料分布和结构设计。结果表明优化后减重22.6%,一阶固有频率提高到279.9Hz,满足指标要求。面向增材制造优化的支架满足轻量化、集成化、功能结构一体化要求,本文所述的设计思路具有推广和借鉴意义。 展开更多
关键词 增材制造 航空发动机 拓扑结构 优化设计
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高性能镁合金激光制造技术研究现状及展望 被引量：10
2
作者 李坤 马锐津 +5 位作者 戴启雷 詹建斌 吴劲舟 白生文 蒋斌 潘复生 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2022年第23期30-46,47,共18页
镁合金作为一种“绿色轻质金属结构材料”,已成为实现轻量化、复杂化、个性化结构制造的必要选择。为满足高端装备对构件高性能的要求,打破传统制造技术的壁垒,柔性度高、清洁度高、精度高的激光制造技术逐渐被采用,以实现结构复杂化及... 镁合金作为一种“绿色轻质金属结构材料”,已成为实现轻量化、复杂化、个性化结构制造的必要选择。为满足高端装备对构件高性能的要求,打破传统制造技术的壁垒,柔性度高、清洁度高、精度高的激光制造技术逐渐被采用,以实现结构复杂化及个性化制造。其中,镁合金的激光切割、焊接、表面改性及增材制造是当前激光制造技术发展的主要方向。为此,分别阐述了不同激光制造技术的基本原理、研究焦点和相关研究进展,从材料、工艺、结构、机理等维度,对镁合金激光制造技术的发展进行了总结,并提出以“减形增性”为目标,实时监测等多尺度手段复合的展望。 展开更多
关键词 镁合金 激光切割 激光焊接 激光表面改性 激光增材制造 组织性能
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TPMS多孔铝-石蜡复合相变材料蓄热过程数值模拟及实验 被引量：6
3
作者 杨喆 刘飞 +2 位作者 张涛 邓兴 张正文 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期4918-4927,共10页
传统相变材料受限于自身热导率小,其相变蓄热效率难以提升,通过在相变材料中添加具有高热导率的金属多孔结构是强化传热的重要手段之一。本文建立了三周期极小曲面(triply periodic minimal surface,TPMS)多孔铝-石蜡复合相变材料的三... 传统相变材料受限于自身热导率小,其相变蓄热效率难以提升,通过在相变材料中添加具有高热导率的金属多孔结构是强化传热的重要手段之一。本文建立了三周期极小曲面(triply periodic minimal surface,TPMS)多孔铝-石蜡复合相变材料的三维、瞬态包含自然对流的相变蓄热模型,利用数值仿真结合实验的方法研究了TPMS多孔铝-石蜡复合相变材料在蓄热过程中的固液相界面演变规律、实时温度变化、热传输特性以及蓄热性能。结果表明,在纯石蜡中添加primitive杆状(primitive sheet,PS)、primitive壳状(primitive network,PN)两种TPMS多孔铝结构后,石蜡相变温度范围内出现明显的相变温度平台,PS-石蜡、PN-石蜡复合相变材料的相变起始时间较纯石蜡分别减少了74.1%与91.4%,竖直方向上的最大温度梯度由纯石蜡的1605.7℃/m分别下降至PS-石蜡、PN-石蜡复合相变材料的840℃/m、943.8℃/m,蓄热速率较纯石蜡分别提高3.10倍、4.69倍。最后,通过选区激光熔化(selective laser melting,SLM)技术成型了PS、PN多孔铝结构,并采用浇筑法制备了TPMS多孔铝-石蜡复合相变材料样品,利用可视化实验平台对仿真结果进行实验验证,发现仿真结果同实验吻合较好。 展开更多
关键词 相变蓄热 石蜡 三周期极小曲面 多孔铝 数值模拟
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不同成形方式对WE43镁合金组织和力学性能的影响
4
作者 门正兴 王亮 +4 位作者 李坤 陈雯 吉辰 李子澈 屈仁春 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2024年第15期82-87,119,共7页
采用激光选区熔化成形(SLM)、铸造及挤压方式制备了WE43镁合金试样,通过维氏硬度计、密度测试计、光学显微镜、扫描电镜以及拉伸试验机等设备分析了不同制备方式下WE43镁合金的宏微观组织和力学性能变化规律;设计了基于指数函数的模型... 采用激光选区熔化成形(SLM)、铸造及挤压方式制备了WE43镁合金试样,通过维氏硬度计、密度测试计、光学显微镜、扫描电镜以及拉伸试验机等设备分析了不同制备方式下WE43镁合金的宏微观组织和力学性能变化规律;设计了基于指数函数的模型对不同成形方式的WE43应力–应变曲线进行统一拟合,为WE43材料未来增材、减材以及等材工艺复合制造复杂零件打下基础。结果表明,SLM成形WE43有明显的各向异性,铸态和挤压态不明显。SLM成形WE43镁合金的强度最高,抗拉强度达到313 MPa,是铸态的183%;挤压态WE43镁合金塑性最好,伸长率达到10.2%,是铸态的232%;此外,SLM态镁合金密度只有1.731 g/cm^(3),仅为挤压态的85.7%和铸态的95.2%。在断裂特性上,SLM态和挤压态为韧性断裂,而铸造态为脆性断裂。在内部存在20μm左右孔洞形缺陷的情况下,SLM成形镁合金依然具有最高的强度,主要原因是SLM成形WE43镁合金平均晶粒尺寸仅为2.6μm,基体内存在大量的稀土相沉淀以及纳米级亚稳相。由此可知,通过进一步的后处理方法焊合SLM态镁合金内部孔洞形缺陷后,材料力学性能可以大幅提高。 展开更多
关键词 WE43 激光选区熔化成形(SLM) 孔洞形缺陷 晶粒尺寸 应力-应变曲线
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WE43镁合金SLM成形数值模拟及试验验证
5
作者 门正兴 王亮 +4 位作者 李坤 陈雯 吉辰 李子澈 屈仁春 《精密成形工程》 北大核心 2024年第4期138-146,共9页
目的研究WE43镁合金激光选区熔化(SLM)成形过程、成形后变形及应力分布的变化规律,得到SLM态WE43常温拉伸力学模型。方法采用SLM方法制备了WE43镁合金悬臂梁及拉伸试样,通过对比悬臂梁局部切割翘曲试验结果与数值模拟结果,得到WE43镁合... 目的研究WE43镁合金激光选区熔化(SLM)成形过程、成形后变形及应力分布的变化规律,得到SLM态WE43常温拉伸力学模型。方法采用SLM方法制备了WE43镁合金悬臂梁及拉伸试样,通过对比悬臂梁局部切割翘曲试验结果与数值模拟结果,得到WE43镁合金固有应变模型,实现WE43镁合金SLM成形过程的模拟及变形预测;对SLM态WE43镁合金开展拉伸试验,使用金相显微镜及扫描电镜进行微观组织及断口形貌观察;采用Normalized Cockcroft&Latham模型对拉伸试验进行模拟,实现SLM态WE43常温拉伸过程分析。结论常温SLM态WE43的抗拉强度为313 MPa,屈服强度为236 MPa,延伸率为7.6%,试样中存在不规则孔洞缺陷;在SLM成形过程中,WE43镁合金固有应变值exx、eyy、ezz分别为−0.0025、−0.0025、−0.0115,悬臂梁最大翘曲高度为1.99 mm,模拟结果显示未切割悬臂梁最大等效应力为12.3 MPa;当NC&L断裂准则临界损伤值为0.1时,WE43常温拉伸过程模拟结果与试验结果最为接近,预测准确率为93%。 展开更多
关键词 WE43 激光选区熔化 固有应变 数值模拟
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热处理对选区激光熔化制备的点阵结构性能影响研究
6
作者 聂云飞 唐倩 +6 位作者 李坤 王浩宇 吴海斌 王彬生 秦昌亮 杨震 石佳 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2024年第3期45-54,共10页
选区激光熔化(SLM)技术因其独特的成形原理成为制备复杂点阵结构的理想工艺。以钛合金骨架和片状结构为研究对象,通过数值仿真和试验相结合的方法,分析了热处理工艺对结构微观组织、力学性能、断裂机制及吸能特性的影响规律。结果表明,... 选区激光熔化(SLM)技术因其独特的成形原理成为制备复杂点阵结构的理想工艺。以钛合金骨架和片状结构为研究对象,通过数值仿真和试验相结合的方法,分析了热处理工艺对结构微观组织、力学性能、断裂机制及吸能特性的影响规律。结果表明,固溶时效热处理后钛合金中α+β相均匀分布,固溶温度的增加会使片状α'相马氏体逐渐减少而β相增多;不同热处理状态下片状结构压缩强度为骨架结构的1.81~2.17倍,平台应力为后者的3.1倍,但两者弹性模量相当,同时热处理工艺对骨架结构力学性能影响较小而对片状结构影响较大;两类结构都表现出了45°结对角剪切断裂和断裂带传递的现象;骨架结构能量吸收效率远大于片状结构,但累积能量吸收量较低,热处理工艺没有提高被测结构的吸能性能。 展开更多
关键词 选区激光熔化(SLM) 点阵结构 热处理 力学性能 断裂机制 吸能性能
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梯度点阵结构参数化设计与优化方法
7
作者 赵淼 张正文 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期1427-1434,共8页
针对在不同边界条件下均匀点阵结构不能充分发挥其力学性能,而梯度点阵结构建模困难的问题,提出一种梯度点阵结构的参数化设计与优化方法.首先基于STL格式表示点阵结构模型,通过建立点阵结构设计参数与相对密度的映射关系实现梯度点阵... 针对在不同边界条件下均匀点阵结构不能充分发挥其力学性能,而梯度点阵结构建模困难的问题,提出一种梯度点阵结构的参数化设计与优化方法.首先基于STL格式表示点阵结构模型,通过建立点阵结构设计参数与相对密度的映射关系实现梯度点阵结构的参数化建模;然后采用均匀化方法获得点阵结构相对密度与等效力学性能之间的关系;最后以最小化柔顺度为目标,以边界条件和相对密度为约束条件,建立梯度点阵结构密度优化模型和求解方法.以三点弯曲梁模型为案例的实验结果表明,优化后的模型弯曲刚度提高147.2%,最大承载能力提高82.31%,验证了所提方法是可行和有效的. 展开更多
关键词 点阵结构 结构优化 参数化设计 均匀化方法
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粉末床激光熔化成形H13钢工艺优化及力学性能研究 被引量：3
8
作者 舒雷 张正文 +1 位作者 刘丽君 毛胜兰 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2022年第12期1914-1920,共7页
通过实验方法优化得到了粉末床激光熔化成形H13钢的工艺参数,并研究了成形样件的微观组织和拉伸性能。通过实验得到了H13钢单道成形的优化工艺区间:激光功率225~325 W,扫描速度600~1 200 mm/s,通过块体实验得到优化的工艺参数为:激光功... 通过实验方法优化得到了粉末床激光熔化成形H13钢的工艺参数,并研究了成形样件的微观组织和拉伸性能。通过实验得到了H13钢单道成形的优化工艺区间:激光功率225~325 W,扫描速度600~1 200 mm/s,通过块体实验得到优化的工艺参数为:激光功率275 W,扫描速度900 mm/s,扫描间距0.08 mm。微观组织显示为柱状晶粒,晶粒的宽度约为3~5μm,长度约为10~40μm。在优化工艺参数下成形试样的室温抗拉强度高达1 761 MPa,延伸率为2.72%。 展开更多
关键词 粉末床激光熔化 H13钢 工艺优化 拉伸性能
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激光选区熔化粉末尺度的数值模拟研究现状 被引量：2
9
作者 李泓历 傅广 +3 位作者 任治好 李少波 彭庆国 马翔宇 《热加工工艺》 北大核心 2023年第19期7-13,共7页
激光选区熔化成形过程是涉及多物理现象的耦合过程。采用数值模拟能够有效地研究成形过程中的多物理现象,探究缺陷形成机理,优化工艺参数设置。本文对目前国内外激光选区熔化粉末尺度的数值模拟进行了综述,介绍了数值模拟的关键模型,分... 激光选区熔化成形过程是涉及多物理现象的耦合过程。采用数值模拟能够有效地研究成形过程中的多物理现象,探究缺陷形成机理,优化工艺参数设置。本文对目前国内外激光选区熔化粉末尺度的数值模拟进行了综述,介绍了数值模拟的关键模型,分析了粉末尺度下缺陷研究的数值模拟,总结展望了激光选区熔化粉末尺度数值模拟的发展方向与趋势。 展开更多
关键词 激光选区熔化 数值模拟 粉末尺度 模型 缺陷
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