利用不同波形振动加工的熔丝成型制品表面质量研究

熔丝成型(fused filament fabrication,简称FFF)是目前应用最广泛的增材制造技术之一,能够制造几乎任意几何形状的实体模型。然而,逐层累加的制造工艺使得FFF制品的表面质量存在明显的局限性,为此提出利用不同波形振动改善FFF制品表面质量的方法。完成了振动式FFF设备的改装,并制备了利用不同形式的振动(正弦波、方形波和三角波)加工的制品样件。利用激光显微镜完成了FFF样件表面粗糙度的实验研究,确定了不同振动波形对表面粗糙度的影响规律。基于结合颈成型过程,建立了利用不同波形振动加工的FFF制品表面粗糙度理论模型。通过对比分析理论与实验结果,验证了所建模型的正确性,阐明了利用不同波形振动改善FFF制品表面质量的机理。

高速列车头车外流场气动噪声的仿真与实验研究

针对高速列车的头车进行全尺寸三维模型和流场流域的创建,并通过k-ε湍流模型计算稳态流场;在稳态流场的基础上,采用宽频带噪声模型计算头车表面的气动噪声源;利用大涡模拟(LES)方法计算瞬态流场,进而获取车身外表面的脉动压力;再基于瞬态流场,采用Lighthill声类比理论研究头车远场气动噪声的计算.最后,比较气动噪声的仿真分析结果与实地试验结果,验证了仿真结果的正确性.

高速列车外流场气动噪声的特性研究

针对高速列车外流场气动噪声完成了在线实验测试研究,对列车模型进行了简化并确定了合理性;进行了列车模型湍流流场模拟,完成了列车远场气动噪声的预测研究.研究表明,合理缩短列车不会改变车身表面声功率分布规律;高速列车气动噪声属于宽频带噪声;在频率范围(0~5000 Hz)内气动噪声仿真与实验结果吻合较好,说明仿真方法准确度高;列车转向架处湍流最为剧烈,其次为车头鼻锥处;车身表面的气流最为平缓,进一步说明缩短列车模型的合理性.所提出的仿真方法能够为高速列车的结构优化设计提供依据,并能验证高速列车气动噪声控制方法的有效性.

振动利用对FDM薄板动力学性能的影响研究

熔融沉积成型(FDM)是当今迅速发展起来的一种快速成型技术(也称3D打印技术),在一定时间内能够直接打印出具有复杂几何形状的模型或零件。然而,FDM产品在机械性能方面却很难与传统加工方式生产的零件相媲美,成为了制约该项技术发展的重要因素之一。首次提出利用振动提高FDM薄板的动力学特性的新方法:将振动引入FDM过程,建立了振动式FDM 3D打印机;分别制备了引入振动前、后Z和X两个打印方向的试验样件,并进行了相应的锤击法模态试验;对比分析利用振动进行加工的FDM样件和普通样件的试验结果,确定振动利用对FDM薄板动力学性能的影响规律。研究表明,利用振动能够使FDM薄板的固有频率发生改变,有效降低其共振响应,提高模态阻尼比,从而提高FDM薄板的阻尼减振性能。

FDM薄板振动特性的理论与实验研究

熔融沉积成型(FDM)是一种能够直接打印出具有复杂几何形状零件的快速成型技术.然而,FDM在振动性能方面很难与传统加工方式相媲美,需要对其进行更为实际的振动特性分析,为此首次提出FDM 3D打印薄板的振动特性理论建模方法.以悬臂边界条件下FDM薄板为研究对象,基于经典层合板理论,采用双向梁函数组合法表示振型函数,并通过Ritz法求解获得了复合薄板的固有特性;搭建了FDM 3D打印薄板的固有特性测试实验台,以获得薄板的模态振型和固有频率;计算与实验结果验证了理论计算方法的正确性和可靠性.

振动利用对FDM薄板机械性能的影响研究

熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)是当今迅速发展起来的一种快速成型技术,然而其产品在机械强度方面很难与传统加工方式生产的零件相媲美,成为制约该技术发展的重要因素之一。首次将振动应用于FDM 3D打印过程以期提高制品的机械性能。首先,将振动引入FDM过程,完成了振动式FDM 3D打印机的改装;然后分别制备了振动引入前、后Z和X两个方向的拉伸试件,并完成了抗拉强度的检测试验;最后,对比分析利用振动加工的FDM试件和普通试件的实验结果,以研究振动对FDM薄板抗拉强度和正交各向异性的影响。试验表明,利用振动能够显著提高FDM薄板Z方向的抗拉强度、弹塑性以及稳定性,并能明显降低FDM薄板的正交各向异性。

高速列车头车气动噪声的控制方法研究

提出了高速列车头车远场气动噪声的改进方案,并进行了仿真研究。首先完成了9组不同车头形状的全尺寸头车模型和流场流域的创建,并通过k-ε湍流模型计算稳态流场;其次在稳态流场的基础上,采用宽频带噪声模型计算了头车表面的气动噪声源;利用大涡模拟(LES)方法计算瞬态流场,进而获取车身外表面的压力;再基于瞬态流场,采用Lighthill声比拟理论研究了头车的远场气动噪声的计算。最后,将不同形状头车的气动噪声的仿真分析结果相对比,验证改进方法的可行性。这里的研究,将对高速列车噪声的有效控制提供一定的技术支持,有着较重要的科学意义和实际研究价值。

离心压缩机叶轮振动特性实验研究与仿真分析

研究了离心式压缩机叶轮振动特性的实验测试和仿真分析。首先自主设计搭建了接触式实验测试系统;其次,利用该系统针对压缩机叶轮进行了动态实验研究,完成压缩机叶轮振动信号的采集和分析;然后,根据试验中的实际叶轮建立离心式压缩机叶轮三维物理模型,并利用有限元方法对叶轮进行了仿真分析;最后,将离心式压缩机的仿真分析结果与现场实验结果相对比分析,验证仿真结果的正确性。通过对比分析发现,仿真结果与动态试验结果吻合较好,仿真方法可以用于进行离心式压缩机叶轮的设计和分析。

熔丝加工成型薄板的动力学特性及响应

通过熔丝加工成型(fused filament fabrication,FFF)理论与实验相结合,研究了悬臂边界条件下FFF薄板的固有特性和振动响应.首先,针对FFF薄板的分层和正交各向异性等特点,基于正交多项式法对其进行理论建模.然后,通过Ritz法获取FFF薄板的固有特性,再利用频域振动方程解析研究薄板内任意一点的振动响应.最后,以聚乳酸(PLA)FFF薄板为例,实验研究了其固有特性和动态响应,以分析验证理论模型的正确性.结果表明:本文建立的FFF薄板理论模型,能够准确预测出薄板的固有特性和动态响应结果,理论模型可靠.

熔丝成型薄板表面粗糙度理论模型与实验验证

针对熔丝成型(fused filament fabrication,FFF)产品的表面质量缺陷问题,提出了一种FFF产品表面粗糙度的理论建模方法.以材料丝表面轮廓为研究对象,考虑样件表面的实际情况,分别建立了FFF产品垂直和平行于纤维方向的表面粗糙度理论模型;与此同时,利用激光显微镜完成了相关样件表面粗糙度的实验研究;通过对比理论分析与实验结果,验证了所建模型的正确性;理论模型的敏感性分析研究表明,增大挤出宽度或打印层厚度会增大FFF产品的表面粗糙度,而增大重叠区域宽度则会降低表面粗糙度.

振动场下FFF热熔喷头内熔体表观黏度的理论研究

热熔喷头内部熔体的表观黏度是影响熔丝制造成型(FFF)产品机械性能的关键因素之一.本文首先提出利用振动改善FFF热熔喷头内部熔体表观黏度的方法,即对喷头施加纵向的正弦振动力场;然后针对施加振动后热熔喷头内部熔体的表观黏度进行了理论建模,并利用已有文献中的实验结果验证了理论模型的正确性;最后,利用所建模型探讨了施加不同频率振动后熔体表观黏度的变化规律,阐明了相应机理.研究表明:熔体表观黏度的理论与实验结果吻合度较好,理论模型正确;对热熔喷头施加振动场后,熔体表观黏度有效值随着振动频率的增大而逐渐降低.

利用振动改善FFF薄板抗拉性能的实验研究

熔丝制造成型(fused filament fabrication,简称FFF)技术因其操作简单、成本低廉且环境友好等特点,成为普及范围最广的一种快速成型技术,但由于逐层沉积的制造工艺,其产品质量很难与传统加工方式得到的零件相媲美。笔者将压电陶瓷片与FFF快速成型设备相结合,利用振动改善打印产品的机械性能。首先,利用压电陶瓷将普通FFF快速成型设备改装成振动式FFF设备;其次,制备施加振动前和不同形式振动后的拉伸样件,并完成拉伸实验;最后,通过对比不同样件的应力应变关系,分析了振动对FFF制品抗拉性能的影响规律。研究结果表明,利用振动能够显著提高FFF制品的抗拉强度和弹塑性能,并有效降低其各向异性特点。

基于FPGA的VGA接口驱动技术

VGA(视频图形阵列)作为一种标准的显示接口得到广泛应用。依据VGA显示原理,利用Verilog硬件编程语言作为逻辑描述手段,设计了一种基于现场可编程器件FPGA的VGA接口控制器。主要是对于系统时序的控制,完成对整个显示器的扫描,利用FPGA的高频率时钟优点;在使用FPGA的嵌入式系统中能代替VGA的专用显示芯片,节约硬件成本,节省计算机处理时间,加快数据处理速度并具有显示面积大、色彩丰富、承载信息量大、接口简单等优点。最后利用ModelSim进行仿真运行,得出与资料相同的时序波形。

傅里叶级数在数字信号处理中的应用

快速傅里叶变换是针对于将一个大点数N的DFT分解成若干个小点的DFT的组合的算法[1],主要是巧妙的利用了Wn因子的周期性和对称性,构造出的一种DFT快速算法。使运算量大大降低,节省了大量时间。快速傅里叶变换的算法已经作为一种强有力的工具运用到信号处理领域中,大大推动了数字信号处理技术的进步[2]。本论文比较详细的阐述了快速傅里叶算法的数学原理、运算特点并完善的运用到Matlab,实现先好的仿真处理。

利用不同振动加工对FFF薄板动力学特性的影响

熔丝成型(fused filament fabrication,FFF)是当今使用最为广泛的增材制造技术之一,能够直接生产出几乎任意复杂形状的零部件。利用振动进行FFF加工,并研究了不同振动(不同频率或幅值)对FFF薄板动力学特性的影响规律。首先,将普通FFF设备改装成振动式FFF设备;然后制备了利用不同振动加工的薄板样件,并完成锤击法模态试验,确定了样件的固有特性和振动响应;最后,对比分析试验结果,阐明了利用不同振动加工对FFF薄板动力学特性的影响规律。试验结果表明,利用的振动的频率或幅值增大时,样件的固有频率和振动响应会随之降低,而模态振型保持不变。

带有微孔黏弹性芯层的纤维金属混杂层合板振动分析模型

建立了带有微孔黏弹性芯层的纤维金属混杂层合板(FMLP)振动分析模型。基于多孔材料弹性模量与密度的关系,导出了二维规则微孔分布形式下黏弹层的弹性模量表达式。采用经典层合板理论表示金属层与纤维层的位移场,同时为了考虑微孔黏弹性层的剪切变形影响,使用Reddy高阶剪切变形理论描述其位移场。进一步,基于Rayleigh-Ritz法、复模量法、应变能法和振型叠加法,求解获得了结构系统的固有频率、阻尼特性和脉冲激励下的时、频域振动响应。最后,以自行制备的带有单层微孔(直径0.5 mm,孔间距2 mm)的黏弹性芯层的纤维金属混杂层合板试件为研究对象,开展了试验验证研究。理论与测试结果对比发现,前3阶固有频率、阻尼比以及响应峰值的最大计算误差分别不超过4.5%、9.7%和7.5%,进而验证了所提出的理论模型的正确性。另外,依托所建立的模型,还讨论了微孔几何参数的变化对结构系统振动特性的影响。

胶凝砂砾石搅拌筒的结构改进设计研究

搅拌筒是胶凝砂砾石拌和设备的关键部件,在连续使用过程中,因负荷较大且受力不均匀等问题的存在,搅拌筒内部会产生强烈不规则的碰撞和冲击,易使现有的滚道焊接式搅拌筒在筒身与外部滚道的焊接处发生破坏,影响使用寿命。为增加滚道处的强度及使用寿命,提出了两种新型搅拌筒的结构设计方案,然后通过数值计算对比分析三种结构的强度数据,择优选取最佳方案。分析表明,两种新型搅拌筒结构的应力和应变结果都要优于现有的焊接式结构。研究将为胶凝砂砾石搅拌筒的结构优化设计提供一定的理论基础和技术支持,有着较大的研究和应用价值。

熔丝成型薄板拉伸性能的理论与实验研究

由于熔丝成型(fused filament fabrication, FFF)技术逐层沉积的制造工艺特点,其产品的拉伸性能存在着明显的局限性.为了能够提出切实有效的改进措施,需要明确FFF产品相应的机理,即建立本构关系理论模型.基于经典弹性力学理论,对FFF薄板试件的本构关系进行了理论建模,完成了试件拉伸性能的解析研究;然后利用拉伸实验机获得了试件拉伸性能的实验结果;最后,分别将X和Z方向打印试件的理论与实验的应力-应变曲线结果相对比,发现二者吻合度较好,验证了理论模型的正确性与准确性.

熔丝成型制品三维表面粗糙度的理论与实验研究

熔丝成型(fused filament fabrication,FFF)是通过挤出材料丝相互堆积、累加形成三维实体的一种增材制造技术,而逐层累加的制造工艺使得FFF制品的表面质量存在明显缺陷.为提出有效的改进措施,需明确FFF制品表面粗糙度的产生机理.基于结合颈成型过程,以材料丝表面轮廓为研究对象,创建了基于横、纵两向结合颈垂直/平行于纤维方向的表面粗糙度数学模型.制备FFF样件,利用激光显微镜获取样件表面粗糙度.理论与实验结果验证了模型的正确性,为FFF制品表面质量的改进与提高提供了理论依据和技术支持.

打印层厚度对FDM薄板固有特性的影响

针对不同打印层厚度对熔融沉积成型(fused deposition modeling,简称FDM)薄板固有特性的影响规律及相应的机理进行了研究。首先,以悬臂边界条件下的FDM薄板为研究对象,创建了固有特性理论模型;其次,完成了薄板样件的制备,同时搭建了样件的动力学测试系统,实验研究了样件的固有特性参数;最后,对比分析理论与实验结果,以验证理论模型的正确性。研究结果表明,所建模型可以准确预测FDM薄板结构的固有特征参数;打印层越厚,样件的固有频率越高,但其模态振型不会随着打印层厚度的变化而变化。该研究为提高FDM产品动力学性能提供了理论基础和技术支持。