基于NURBS曲面的汽轮机叶片激光熔覆再制造路径规划

针对汽轮机叶片的复杂造型,提出一种基于NURBS曲面拟合的几何模型重构方法,得到了一种获取稳定的激光功率密度的路径规划方法。通过计算点在曲面上的曲率,将局部NURBS曲面拟合为曲率球,对激光束扫描面积进行简化计算。根据熔覆加工精度要求,调整激光头姿态沿曲面的法矢方向,约束激光束扫描面积,得到熔覆加工插补点,保证了基材表面获取稳定的激光功率密度。根据插补点的法向矢量计算得到机器人对应的位姿,利用CIMOCO软件验证熔覆轨迹的正确性;通过试验得到较好的熔覆层,证明了方法的可靠性和可行性,为复杂曲面的激光熔覆再制造提供了一种新方法。

自由曲面熔覆路径的点云切片算法研究

为了解决复杂曲面熔覆过程中路径规划的难题,采用了基于点云切片法生成熔覆轨迹的算法,运用逆向技术完成零件的反求,提取模型的点云数据;并以切平面与点云带宽平面的交点确定激光束扫描轨迹,根据等弓高误差法确定加工点,对路径模拟仿真;然后以45~#钢作为试验基材,在表面熔覆一层铁基粉末,进行自由曲面零件的激光熔覆路径规划研究。结果表明,使用显微硬度仪测得熔覆层硬度稳定在390HRC,为基材的1.6倍左右;熔覆层组织均匀、结构致密、无明显气孔及裂纹,与基材形成了良好的冶金结合。该方法熔覆结果良好,验证了轨迹规划的可行性。

Ni60激光熔覆工艺参量对涂层裂纹及厚度的影响

为了研究工艺参量对激光熔覆Ni60涂层裂纹及厚度影响,采用在45^(#)钢基材表面熔覆Ni60合金粉末的正交试验方法,分析了影响裂纹产生的工艺参量的主次因素以及影响涂层厚度的主要因素,并对试验结果进行极差分析,获取了裂纹最少的最优工艺参量。结果表明,影响裂纹产生的主次因素为扫描速率>送粉速率>激光功率,裂纹最少的工艺参量为激光功率1400W,扫描速率4.0mm/s,送粉速率为1.0r/min,此时,在熔覆起始位置出现了一条短裂纹;对涂层厚度的影响程度主次因素为送粉速率>扫描速率>激光功率;经测量,熔覆层的硬度是基材的3.3倍,通过扫描电镜分析,涂层与基材形成良好的冶金结合,熔覆层晶粒组织均匀致密。该研究为Ni60合金粉末激光熔覆工程化应用提供了参考。

微纳挠曲电结构力电耦合响应的数值模拟方法

微纳米尺度下挠曲电效应相对于传统压电效应具有较高的机电耦合转换效率,其在传感、致动和俘能领域极具应用前景。然而目前多数商用有限元软件未包含挠曲电本构模型,无法对挠曲电结构进行有效的数值模拟。本研究基于Abaqus用户自定义单元(UEL)子程序进行二次开发,将挠曲电效应内化到计算模型。首先,结合配点混合有限元法(CMFEM),推导了挠曲电结构的力电耦合方程,并在Abaqus中开发了挠曲电单元,提供了挠曲电结构响应分析的数值模拟技术。与传统的混合有限元法(MFEM)相比,该方法的优点是易于建模,降低了计算自由度,提高了计算效率,节省了运算成本,并且挠度与电场强度指标都比其他方法更接近解析解。然后,通过上述数值模拟方法,建立了挠曲电结构响应分析数值模型,开展了矩形梁及弧形梁在不同边界条件下的力电耦合响应计算与分析。分析结果展示了梁的几何参数影响结构应变梯度|η113|的作用机制,表明在使用同一材料设计挠曲电梁时,可通过控制变形梯度来控制输出电压的大小。研究表明,改变梁的弯曲程度,可有效提高梁输出的开路电压,减小梁的挠度。相同程度弯曲下,弧形悬臂梁向下弯曲的开路电压大于弧形悬臂梁向上弯曲的开路电压。当向上弯曲弧形梁的圆心角为38°,左边缘为滑动支座,右边缘为铰链支座时,开路电压最大,可达214.07 mV,比悬臂矩形梁增加5倍。此外,相同模型若仅考虑压电效应,开路电压将下降89.3%。

基于点云数据的逆向工程技术研究综述

在介绍了逆向工程的定义、逆向工程的流程及应用的基础上,综述了点云数据测量、数据预处理和模型重构的研究现状。首先介绍了点云数据测量方法的分类,然后重点分析了点云数据拓扑关系建立的方法及K近邻域索引的研究,多视点云数据拼合的点位法、固定球法、优化匹配法、特征匹配法及辅助装置法的研究,滤波去噪的方法,孔洞修复的原理,数据精简的方法,特征提取和曲面重建的基本思想和研究成果,最后展望了逆向工程技术的发展方向。

曲面塑料模具激光熔覆再制造快速加工路径生成方法

对于曲面塑料模具,在其表面快速生成激光熔覆加工路径非常困难。针对这种情况,直接以零件的逆向点云模型为研究对象,通过平面与点云求交得到以密集离散点表示的近似激光扫描路径,避免了反求建模的过程。以离焦量变化极限为约束条件,在路径上搜索插补点。提出利用插补点的最近点来计算插补点曲面法向矢量作为激光束姿态的近似快速算法。应用镍基自熔性合金粉对P20材质的模具零件曲面表面进行了试验。金相分析表明所形成熔覆层组织均匀、致密,缺陷稀少;熔覆层与基体之间形成冶金结合。熔覆层中部组织出现了垂直于界面生长的柱状树枝晶,而在顶部许多的柱状树枝晶发育成等轴树枝晶。熔覆层的平均显微硬度达到330~350 HV0.2。路径中段的熔覆层厚度比起始点增加了10%。

激光熔覆工艺涂层裂纹控制的研究现状

涂层裂纹问题作为激光熔覆技术发展道路上的一大桎梏,是当前研究的重点和难点。综述了激光熔覆技术涂层裂纹产生的原因;从材料设计、工艺参数优化、预热缓冷、热处理、外部辅助等方面总结了激光熔覆涂层裂纹的控制方法;并在最后展望了激光熔覆技术涂层裂纹控制的发展趋势。

基于激光熔覆的再制造零件可视化损伤修复区域规划

提取再制造零件损伤边界并在此基础上规划修复区域是再制造工程中的前处理环节.提出了一种损伤边界识别及关键尺寸提取方法,试验证明相对误差不超过2.3%.应用铁基材料对不同坡口角度和修复区域形状的35钢样件进行了激光熔覆再制造试验.研究了坡口角度和修复区域形状对再制造零件结合强度的影响.结果表明,坡口角度对结合强度影响较大,0°,15°坡口样件的抗拉强度小于基体材料,断口分析显示没有形成良好冶金结合.25°,35°,45°坡口样件的抗拉强度大于基体材料.25°坡口的椭圆、菱形样件的抗拉强度小于基体材料.再制造后,零件材料的断后伸长率变小,塑性降低.

激光二次扫描熔覆涂层组织演变规律及数值模拟研究

旨在研究激光二次扫描工艺对熔覆层组织(晶粒大小和晶粒形态)的影响,以确定最佳激光二次扫描功率。本工作建立了激光熔覆和激光二次扫描的温度场,提取了熔覆层关键节点的热循环曲线,与实验验证相结合,分析了峰值温度和散热能力对涂层组织生长变化的影响规律。结果表明:无论是激光熔覆阶段还是激光二次扫描阶段,随着其峰值温度和散热能力沿熔池中心从结合区到熔覆层顶部方向逐渐提高,涂层组织由平面晶逐渐向胞晶、柱状胞晶、枝晶和等轴晶过渡,且随着激光二次扫描功率的提高,熔覆层晶粒呈增粗增大的生长趋势,其中激光二次扫描功率为1200 W和1500 W时表现尤为显著,且二次扫描功率过大时,会加大基材的熔化区域,提高涂层的稀释率。而相比之下,激光二次扫描功率为900 W时,晶体组织的粒度相对细小且可以避免稀释率的增加。此外,经激光二次扫描后,滞留在熔覆层中的气孔获得再次上浮和释放的机会,熔覆层表面未熔化的粉末颗粒得到了充分的熔化,变得更加平整、光滑且富有金属光泽,顶部疏松结构得到了显著的改善,这不仅提高了涂层质量,而且可以缩短后续的加工周期,同时也能够节省一定的熔覆材料。

基于GIS的光纤光路资源管理系统研究

光纤光路资源管理是电信网络资源管理的核心,实现光纤光路资源的科学管理是现代通信网络建设的趋势。基于优秀的国产地理信息系统(GIS)平台——MAPGIS设计的光纤光路资源管理系统,有效结合了光纤光路的空间分布特点和地理信息系统在空间信息表达上的优势,不仅实现了对光纤光路的空间及属性数据的动态管理,还可支持图形化的光纤光路配置,便于光纤网络规划和维护,极大地提高了光纤光路资源管理效率。

基于能力曲线的某风电安装船动力定位系统失效分析

风能是一种优秀的绿色能源,随着风电开发延伸到海上,带有动力定位系统的风电安装船开始得到广泛应用。文章基于动力定位能力曲线对一艘风电安装船的动力定位系统进行失效分析,寻找出最危险的工况,为实际工程提供参考,以便在作业时尽量避开这些工况。

基于P2PGIS的电子地图数据共享应用研究

在介绍P2P网络架构的基础上,探讨P2PGIS的技术特点,并提出建立在此基础上的电子地图系统,为解决约束电子地图系统发展的问题提供了解决方案。

新时代国际化药学人才培养的思考——以苏州大学和爱尔兰皇家外科医学院中外合作办学为例

爱尔兰的药学高等教育是以注册药师职业为导向的五年制药学本硕教育,在药学学科体系设计、专业课程设计和教学模式方面独树一帜,并与其高速发展的生物医药产业相匹配,培养了大量实践型人才。苏州大学通过中外合作办学与爱尔兰皇家外科医学院深度合作,将两国药学教育进行国际化融合,在培养面向未来的国际化复合型药学人才方面进行尝试。研究从双方合作办学的背景和意义、办学模式的创新和突破以及对我国药学教育的启示等方面进行探讨,旨在为新时代我国药学人才培养改革提供参考。

基于温度场评估的激光熔覆顺序决策方法研究

为了在激光熔覆再制造过程中得到更优的激光熔覆顺序选择决策方法,采用有限元法对平面基材多道激光熔覆传热学模型的温度场瞬态解进行了理论分析,并利用基于热电偶的测温系统验证了整个数值模拟过程的可靠性。提出了一种评估选择法,即利用数值模拟来分析和评估基体瞬态温度场,根据评估准则选择熔覆过程激光扫描顺序的轨迹优化方法。结果表明,取得单向逐次和评估选择样件的实验硬度数据分别为625.38HV,620.58HV,623.34HV,680.09HV,673.58HV和683.01HV,变形均值为0.9722mm和0.6458mm;评估选择法有最均匀的温度场,熔池周围有最大的温度梯度,其能产生较大的熔覆层硬度及较小的组织尺度,同时测量变形较小。该方法为激光熔覆的顺序选择提供了重要的参考价值。

Ni60A/WC激光熔覆涂层表面抗蚀行为

牙轮钻头是钻井设备的重要部件,易受到磨损与腐蚀。为了增加牙轮钻头的工作时效,可在其表面激光熔覆强化层。本研究利用YLS-2000型激光器在牙轮钻头材料15CrNiMo钢表面分别制备了Ni60A熔覆层,以及5%、15%、25%(质量分数,下同)WC增强的Ni基涂层。采用SEM和EDS等方式分析了熔覆层的显微组织及元素分布;利用XRD分析了各Ni60A/WC涂层的物相组成,使用CHI660E型电化学工作站测试了Ni60A/WC涂层的耐腐蚀性能。研究WC含量对Ni60A/WC熔覆层的微观组织与耐腐蚀性能的影响;讨论Ni60A/WC熔覆层与基体在不同pH值腐蚀液中的腐蚀行为。结果表明:随着WC含量的增多,涂层组织出现微区定向凝固;各涂层中均出现了γ(Fe,Ni)以及M23C6、M6C等金属间化合物;相比于基体,在不同pH值腐蚀液中,Ni60A/WC涂层的自腐蚀电流密度降低了1~2个数量级,具备良好的耐腐蚀性能,但其耐腐蚀性与WC的添加量呈负相关;富H+、OH-环境促使钝化膜由低价氧化物转变为高价氧化物。

激光功率对熔覆Ni基涂层性能的影响

为提高45号钢表面硬度和耐磨性,可以在45号钢的表面采用激光熔覆技术熔覆合金涂层提高其表面性能。镍基合金熔覆层硬度高、耐磨、抗腐蚀、抗弯曲、可以在极端环境下具有稳定的性能,但在激光熔覆层中易产生裂纹。为改善45钢表面性能,在相同的扫描速率下采用不同功率在其表面激光熔覆制备了Ni基(Ni60)复合涂层,对不同激光功率熔覆层的性能检测使用金相显微镜、显微硬度仪、扫描电镜。结果表明:随着激光功率的增加,表面粗糙度变大,熔覆层的宽度、高度、基材的熔化深度都有一定程度的增大,裂纹出现趋势减小。在45号钢上熔覆Ni60合金粉末可以提高基材表面显微硬度,熔覆层显微硬度高出基材显微硬度约700HV,激光熔覆技术在一定范围内可以实现对基材的表面硬化。

扫描速率对激光熔覆镍基合金涂层性能的影响

为了提高材料表面强度和硬度,在材料的表面采用激光熔覆技术熔覆合金涂层以提高其表面性能。相同的激光功率下采用不同的激光扫描速率在材料表面激光熔覆制备镍基(Ni60)复合涂层,取得了在基材表面获得理想熔覆层的工艺参量,并对熔覆层的性能进行了检测。结果表明,随着激光扫描速率的增加,表面粗糙度变大,熔覆层的宽度、高度、基材的熔化深度都有一定程度的降低,裂纹出现增大趋势,熔覆层显微硬度高出基材显微硬度约500HV,激光熔覆技术在一定范围内可以实现对基材的表面硬化。该结果为材料表面强化的研究提供了参考。

复杂曲面零件激光随形熔覆轨迹规划研究

为实现复杂曲面的随形熔覆,针对PDC钻头牙翼部位表面形貌进行了机器人熔覆路径的工艺规划,同时对插补点的位置规划算法进行了研究。通过一组平行截面与曲面相交得到交线,采用非均匀有理B样条(NURBS)描述交线。然后提取交线的特征参数,以离焦量的最大值作为误差阈值进行插补点规划,为实现激光束轴线与插补点所在的曲面法矢尽可能重合,对插补点进行姿态规划,从而得到完整的熔覆路径。最后采用Robotstudio仿真软件建立激光熔覆工作站,并对熔覆路径进行仿真,结果表明熔覆仿真过程中,未出现奇异点,机器人各关节、熔覆头与待熔覆工件之间未发生碰撞,并且能够按照事先规划好的路径进行熔覆,试验表明达到了较好的熔覆效果。

基于交通枢纽理念的大型医院交通空间解析与重构

针对我国大型医院普遍存在的停车困难、交通拥堵混乱等交通痛点问题,从规划理念和医院交通需求本源角度开展研究。通过剖析医院的交通需求、空间特征以及大院制用地背景,论证了传统平面布局难以适应当前医院交通组织需求。根据医院交通流线特征,提出将医院集散空间外推的观点,在医院建筑与周边道路构建过渡界面和缓冲区实现交通方式的过渡与转换。同时从交通枢纽规划角度分析了医院枢纽化规划的基本原则和方法,采用将外部交通矛盾内移和立体交通接入解决复杂流线问题,通过实际案例介绍了步行者立体交通设施、立体停车系统、立体公共交通站点设置方法。

高速激光熔覆液压立柱表面耐磨耐蚀Fe基非晶涂层制备工艺研究

为提高煤矿液压立柱在极端工况条件下的服役寿命,在液压立柱常用材料27SiMn钢表面利用高速激光熔覆技术制备了Fe基非晶涂层,并对其显微组织、硬度和耐磨耐蚀性能进行了研究。结果表明,涂层底部存在严重的晶化转变现象,但中部和顶部存在大面积非晶相组织。涂层的显微硬度能够达到1 200 HV,是基材的5倍以上;磨损率为2.14×10~(-4)mg/N·m,较基材减少了5.9×10~(-5)mg/N·m,具有优异的耐磨损性能;涂层的Ecoor和Icoor分别为-0.57 V和8.41μA/cm~2,耐腐蚀性能较基材有明显提升。研究结果为提高液压立柱耐磨耐蚀性能提供了方法与思路。