基于主应力轨迹线的连续碳纤维复合材料3D打印路径规划方法

连续碳纤维复合材料3D打印成型零件的力学性能对纤维的铺设方向有需求,传统的路径规划方法基于零件的形状轮廓进行填充,不能满足零件的实际使用性能。针对这一问题,提出基于主应力轨迹线的连续碳纤维复合材料3D打印路径规划方法。基于连续碳纤维复合材料三维模型的有限元分析数据,通过材料力学计算得到相应的主应力轨迹线;通过连续碳纤维复合材料3D打印的打印参数对得到的主应力轨迹线进行调控,保证每一条轨迹线之间的间距契合3D打印要求;通过坐标变换调整有限元分析坐标系以及打印机坐标系;通过以上调控生成用于连续碳纤维复合材料3D打印的G code规划文件。通过路径规划仿真对比和打印拉伸实验,基于主应力轨迹线生成的连续碳纤维复合材料3D打印路径比传统直线碳纤维复合材料3D打印路径性能提高了4.5%,验证了基于主应力轨迹线的连续碳纤维复合材料3D打印路径规划方法的有效性。

基于主应力轨迹线的熔融沉积成型填充路径优化

以熔融沉积成型(fused deposition modeling,FDM)为代表的增材制造层间与层内的各向异性严重影响零件机械性能。提出一种基于主应力轨迹线(principal stress lines,PSL)引导,通过设计FDM层内填充路径使其与载荷路径相协调以提高零件机械性能的方法。给出了基于有限元分析的主应力轨迹线生成方法和基于Grasshopper的主应力轨迹线可视化方法;提出了基于主应力轨迹线种子线的区域路径生成算法,并开发了自定义路径转换G代码的工艺平台;进行了拉伸和三点弯曲力学试验。结果表明基于主应力轨迹线的填充路径相比传统的0°方向和90°方向的填充路径,拉伸试样的抗拉强度分别提升了8.33%和19.74%,弯曲试样的抗弯强度分别提升了11.46%和20.47%。

基于应力场拓扑结构表征巷道围岩稳定性的研究

巷道围岩稳定性分析是围岩控制理论的重要内容,基于应力场拓扑结构的定义,提出了用主应力场轨迹线分析围岩稳定性的方法,得出基于应力场中的主应力轨迹线和退化点的形态变化可以反映应力场的变化规律。通过理论分析、数值模拟以及实际工程相结合的方式,分析了支护前后巷道主应力轨迹线的不同,并用应力场拓扑结构表征了巷道围岩的稳定性,为分析巷道围岩提供了理论指导。