从材栔到材分°—再论唐宋模数制度的发展演替过程

材分°制向来被视为我国传统模数方法之集大成者,但对其形成过程却鲜有论述:它如何从材栔组合中进化而来?诸多唐宋实例呈现出材广厚比例与材栔高度分配的多样化倾向,它们又处在模数制发展的哪个阶段?通过将长度模量“分°”网格化,或将栔截面多次对折后形成不同单元,观测其度量以及拆分不同类型单、足材截面的能力,有助于验证实例用材的规律性与自洽度,评判其在技术演化链条中的确切位置,认识材栔组合向材分°模数发展的整体面貌。

基于变密度法的SLM增材制造无人机承载接头结构拓扑优化设计

针对某大型无人机机身轻量化需求,以选区激光熔化(Selective laser melting, SLM)制造的承载接头结构为研究对象建立有限元模型,基于ANSYS Workbench计算接头结构在不同极限工况下的强度、刚度性能,并根据材料最大许用应力准则进行校核.采用拓扑优化变密度法,以应力最小化为目标、保留质量40%为响应约束,对接头结构进行拓扑优化,根据优化结果设计两种重构方案并进行静力学验证.结果表明,两种模型重构方案分别减重了13.8%和13.3%,在轻量化程度相近的情况下,方案Ⅱ明显具有更小的应力分布以及变形程度,即最优重构方案成功实现轻量化设计,与原结构件相比质量减轻13.3%,且相较于其他方案承载能力最强,满足静态结构设计要求.为大型无人机承载接头结构实现低成本、轻量化的结构设计探索了新的途径.

引线框架用高性能铜合金板带材及制备工艺

电子信息产业的飞速发展,对铜及铜合金产品性能提出了更高的要求,其中集成电路封装用引线框架材料代表了铜合金板带材发展的较高水平。本文对近年来引线框架用高性能铜合金板带材及制备工艺进行了综述,介绍了国内外高性能铜合金板带材料的成分和制备加工技术及发展过程,并对其未来发展趋势进行了展望,提出未来高性能铜板带材性能将朝着抗拉强度为700 MPa、导电率为70%IACS的目标发展,其制备工艺将向着智能化、绿色化、高效化等方向发展。

金属增材制造工艺、材料及成形机理的研究与应用

作为一种快速、精密、自由制造的关键成形工艺,3D打印在推动工业化和产业发展方面发挥了重要作用。通过介绍金属3D打印技术,主要围绕选择性激光、电化学和电子束增材制造技术等工艺原理和关键技术,深入探讨了增材制造技术制备金属材料零部件的特性及其应用,同时详细阐述了它们的成形机理并探讨了金属3D打印技术所面临的主要问题和挑战。最后,对金属增材制造技术领域未来的发展趋势和研究重点进行了展望。

高陡岩质边坡生态修复基材模拟试验研究

为修复云南省西北部裸露岩质边坡的生态环境,研发了集多功能于一体的生态修复基材。该生态基材分为结构层和面层,以陶粒、复合肥、保水剂等为原材料,分别设计结构层正交试验和面层正交试验,选取发芽率和生长高度作为定量评价植物生长情况的指标。根据设计的各试验组配比和观测结果,建立模糊综合评价模型和多项式回归模型,求出其在给定条件下的最优配比,并分析各影响因素间的关系。结果表明:基材结构层最优配比为谷壳750 g/m^(2)、复合肥20 g/m^(2)、EPS颗粒40 g/m^(2)、陶粒1.88 kg/m^(2)、团粒剂34.65 g/m^(2)、保水剂84.6 g/m^(2);基材面层最优配比为复合肥9.24 g/m^(2)、保水剂9.12 g/m^(2)、团粒剂13.51 g/m^(2)。基材各组分存在交互作用,而土壤的理化性质与护坡植物生长存在一定的相关性。研究结果可为高寒地区高陡岩质边坡生态基材的制备与生态修复提供理论依据和技术支持。

高分子材料3D打印应用与案例

高分子材料3D打印是增材制造的重要部分,其3D打印方式较多,发展前景广阔。本文以高分子材料在3D打印领域应用为主,讲述了常用的三种高分子材料3D打印方式原理和实际应用案例,介绍了其他四种高分子材料3D打印方式原理及技术要点,了解了我国聚合物3D打印机向超大型高温型发展的动态以及3D打印丝材转向使用粒料节约材料成本,兼容多种高性能3D打印材料,让聚合物3D打印更好地为国民经济发展增添新动能。

增材制造钛酸钡压电陶瓷的高温烧结与极化工艺研究

为提高增材制造BaTiO_(3)压电陶瓷的综合性能,本文研究了BaTiO_(3)压电陶瓷的浆料剪切变稀特性及数字光处理(DLP)成型特性,揭示了DLP成型BaTiO_(3)压电陶瓷坯体在不同烧结温度条件下的致密化机制,探索了极化方向对DLP成型BaTiO_(3)陶瓷压电性能的影响规律。结果表明,调节高温烧结与极化工艺,可以在一定程度上改善DLP增材制造BaTiO_(3)压电陶瓷的电学性能。当烧结温度为1420℃、保温时间为2 h时,压电系数d_(33)最大,为163.4 pC/N,样品层间结合紧密,晶粒尺寸均匀。当Z轴与极化方向夹角由0°变为90°时,相对介电常数εr和d_(33)分别提高了29.37%和27.01%。当固含量为80%(质量分数)、烧结温度为1420℃、Z轴与极化方向夹角为90°时,样品d_(33)最大,达到182.4 pC/N。

双TIG活性电弧增材制造方法与工艺

为了进一步发挥电弧-丝材增材制造方法高熔敷效率的优势,提出了一种采用双TIG活性电弧作为热源的增材制造方法,利用双TIG电弧并在保护气体中加入少量活性气体氧气,采用直径1.2 mm的SUS304奥氏体不锈钢焊丝进行薄壁件堆积试验,研究了氧的引入、沉积电流分配、电弧移动速度和送丝速度等工艺参数对熔敷层平均宽度和高度的影响,并考察熔敷金属的显微组织和力学性能.结果表明,与普通TIG电弧相比,双TIG活性电弧增材制造工艺不仅能够改善焊缝成形并提高熔敷效率,而且降低熔敷金属和熔池的表面张力,增强其润湿铺展特性,进一步改善沉积层成形;在电流相当的条件下,与普通TIG电弧沉积相比,沉积效率明显提高,达到2.7 kg/h.随着后置焊枪沉积电流的增大(前置焊枪沉积电流的减小),墙体宽度先增加后减小,墙体高度的变化与之相反;随着电弧移动速度增加,墙体宽度和高度均下降;当送丝速度增加时,墙体高度明显增加,宽度变化不大.氧气对墙体熔敷金属微观组织无明显影响,组织形态均为垂直于沉积方向的柱状树枝晶.沉积墙体的抗拉强度和断后伸长率随着氧气的引入略有下降.

缓控释肥硅基膜材的制备与表征

以钙镁磷肥、硅丙树脂为主要原料,加入甲基硅酸钠作粘结剂,制备了缓控释肥硅基膜材,并采用撒粉离心包衣、底喷式流化床工艺制备了密封型硅钙镁磷肥、粘结型硅钙镁磷肥、改性硅丙树脂3种包膜尿素,通过静水试验研究了此3种包膜尿素的释放特征。结果表明,3种包膜尿素的释放周期分别为60、79、96 d,在水中均能保持完整球形,耐水性较好。通过扫描电镜、红外光谱、X-射线衍射法对膜材形貌特征和结构进行表征,发现钙镁磷肥和硅丙树脂为成膜材料;甲基硅酸钠作为密封剂和防水剂参与了成膜反应,有效增加了膜材的塑性和韧性,此复合材料可用作缓控释肥的胶结剂和包膜剂。

椰糠-黏土植生基材崩解特性试验

以三亚学院校内10~30 cm土层的黏土(过孔径2 mm土壤筛)、直径小于等于2 mm的椰糠为试验材料,以黏土质量为基准,选择占黏土质量0~15%的椰糠、含水率30%~70%,按照正交试验方案设计3组配合比,将黏土、椰糠、水进行充分搅拌混合,装入直径50.46 mm、高50 mm的环刀内制作试块(试验样品);将试块在室内自然环境中分别放置0、1、3、5、7、9 d,利用自制崩解仪进行崩解试验,每隔1 min测定试块在水中的质量(设置最长崩解时间为30 min),计算崩解量(试块崩解的质量占试块初始质量的比例);分析初始含水率、椰糠质量比例、放置时间3个因素对椰糠-黏土植生基材崩解特性的影响。结果表明:不同质量比例的椰糠、黏土、水,搅拌混合后,形成干松、湿润、泌水、泥浆、泥水5种状态。初始含水率、椰糠质量比例、放置时间3个因素协同作用,影响植生基材试块成型后的内部结构,影响崩解现象和最终累计崩解量。初始含水率、椰糠质量比例不同,试块水稳定性形成的机理不同,添加椰糠后,需要增加初始含水率才能使试块形成稳定的内部结构,椰糠质量比例越高,需要的初始含水率则越高。40%、70%初始含水率试块的累计崩解量最高。若初始含水率达到50%,随着椰糠质量比例增加,最终累计崩解量减小;但放置时间达到7 d后,椰糠质量比例超过10%试块的最终累计崩解量反而降低;放置时间少于3 d的试块,试块未全部成型,成型试块放入水中崩解速率较快,5~10 min内大部分试块完全崩解;放置时间达到3 d后,试块放入水中产生吸水现象;放置时间在5~7 d,抗崩解能力达到最大值。综合试验研究结果,建议工程实践中,采用50%~60%初始含水率和10%~13%椰糠质量比例配置制作椰糠-黏土植生基材,此时基材抗崩解性能较好;当边坡刚喷射完基材时必须采取防雨措施。

不同壁材对ARA微胶囊理化性质和稳定性的影响

为了筛选更优的壁材包埋花生四烯酸(arachidonic acid, ARA),该研究以ARA为芯材,乳清蛋白(whey protein, W)、乳清蛋白-葡萄糖浆(whey protein-glucose syrup, WG)和乳清蛋白-葡萄糖浆-乳糖(whey protein-glucose syrup-lactose, WGL)为壁材制备微胶囊,并对ARA微胶囊的包埋率、含水率、溶解度、堆积密度、休止角、粒径分布、微观形貌和氧化稳定性及热稳定性进行比较分析。结果表明,WGL的包埋率为98.64%,含水率为2.85%,溶解度为89.83%,堆积密度为0.54 g/mL,休止角为35.87°,粒径分布较均匀,其理化性质优于W和WG;表面结构呈完整球形、结构致密,有利于微胶囊的贮藏;采用碘滴定法测定过氧化值,在25和50℃贮藏条件下WGL的过氧化值分别为19.92和32.75 mmol/kg,均显著低于W和WG(P<0.05),表明WGL具有较高的氧化稳定性;由差示扫描量热法和热重法可知WGL的熔解温度和质量保留率最高分别为107℃和27.55%,表明WGL具有良好的热稳定性。综上,WGL的综合性质优于W和WG,表明WGL对ARA有较好的包埋和保护作用,该研究结果对选择合适的壁材包埋ARA微胶囊具有一定的参考意义。

高立地指数下杉木生长量及材种结构的立地及密度效应

[目的]探讨立地质量和林分密度对杉木人工林生长量及材种结构的影响,为杉木大径材培育提供理论依据。[方法]以林龄28~36年生的杉木人工林为研究对象,按上、中、下不同坡位以及不同坡向设置63块标准样地,调查林分生长量及林分基本情况,通过相关性分析和回归拟合分析进行数据处理和分析。[结果]当林分密度相近时,立地指数越高,培育相同年限所获得的单株材积、蓄积量和大径材出材率越高;同一立地条件下,在一定的密度范围内林分树高、胸径、单株材积和大径材出材率随密度增加而减小,蓄积量随密度增加而增大;立地指数相同时,密度对胸径生长分化的影响大于树高,立地指数不同时林分密度对树高和胸径生长分化的影响程度也不同。[结论]在立地指数达22及以上的立地条件下培育杉木大径材,可通过3次间伐进行密度控制,林分最终保留密度宜为650~1000株·hm^(−2)。

增材制造TiB/Ti复合材料网状组织形成与力学性能

采用快速凝固技术将TiB直接植入基体钛合金,形成一种新型超细网状结构钛基复合材料(titanium matrix composites,TMCs)粉体,并采用激光增材制造技术,制备出一种等轴网状和柱状网状组织交替分布的新型钛基复合材料,系统分析和讨论增材制造TMCs超常凝固网状组织形成机制与力学特性。研究发现:增材制造TiB/Ti复合材料网状组织(约9μm)主要由原位自生纳米TiB晶须组成,呈现B27和Bf两种晶体结构;B元素的直接引入,易于在凝固界面形成成分过冷,不仅促使交替形成等轴网状组织和柱状网状结构,也同步细化基体晶粒尺寸,实现基体合金片层α相的等轴化。经原位力学观察分析发现,增材制造形成的原位自生纳米TiB网状组织结构,不仅能够抑制裂纹偏转并钝化裂纹,还将大量滑移迹线聚集于网络结构内部,并在晶界诱发高密度位错,限制材料的塑性变形,大幅度提高了复合材料的强度,增材制造TiB/Ti复合材料抗拉强度提高42%,伸长率保持在约10%。

基于摩擦搅拌的金属增材制造实验装置研制

为了研究工艺参数对增材摩擦搅拌沉积工艺的影响,基于摩擦搅拌工艺原理自主研制了金属增材制造实验装置。在主轴转速420 r/min、进给速度72 mm/min、移动速度72 mm/min、增材层厚3 mm、启动时间50 s的工艺条件下,对6061铝合金进行了单层和双层增材沉积初步实验。结果表明,该实验装置实现了良好的铝合金固相增材,可用于增材制造相关领域的科学研究和实验教学工作。

固相搅拌摩擦沉积增材制造技术研究进展

搅拌摩擦沉积增材(Additive friction stir deposition,AFSD)是一种先进的固相增材制造(Additive manufacturing, AM)技术。与传统基于熔融的增材制造技术相比,它具有增材结构致密、材料低变形和过程高效节能等优势,在航空装备制造、交通运输、机械制造等领域拥有广阔的应用前景。本文综述了AFSD技术的原理、优势、组织演变特点和应用情况。重点介绍了AFSD过程中“工艺条件-微观组织-力学性能”相关性的研究现状,沉积材料力学性能受材料流动状态、界面连接机制、微观组织演变情况的综合影响。列举了AFSD技术在大型构件整体制造、高性能涂层、表面缺陷修复等领域的应用。最后,对AFSD技术进行了展望,指出该技术在工艺与组织变化耦合、原位变形条件模拟、工具头设计和新材料增材等方面需进一步研究和突破。

基于实验型和工业型近红外光谱仪的木片材性预测建模对比研究

本研究探讨了采用工业型光谱仪和实验型光谱仪建立近红外模型用于快速预测木片材性的可行性,分析对比不同光谱仪的建模效果。针对不同材性指标分析特点,通过光谱信号校正和特征波长筛选算法优化模型预测性能,建立适宜的建模方法。结果表明,基于工业型光谱仪建立的近红外模型对木片水分、基本密度、纤维形态等物理性能指标表现出更高的预测精度,而化学组分含量的预测精度与实验型光谱仪无显著差异。工业型光谱仪木片理化材性近红外模型适用于制浆原料品质评价和工业过程分析。

磁控溅射玫瑰金靶材的刻蚀行为

[目的]磁控溅射玫瑰金膜层相比于电镀工艺具有突出的环保优势,但很少有关于磁控溅射靶材刻蚀行为的研究报道。[方法]以Au85玫瑰金制作平面溅射靶材,进行真空磁控溅射镀膜。研究了靶电流、功率密度、磁场布置等对靶材表面刻蚀行为的影响。[结果]靶电流和功率密度较低时辉光稳定,溅射过程平稳;靶材粒子会优先沿着某个晶面逐层溅射出来,形成阶梯状直线条纹;靶材表面形成V形刻蚀沟槽,刻蚀区斜坡与靶面法向夹角为75°~76°。随着靶电流和功率密度的增大,溅射过程偶有弧光放电现象发生,刻蚀区表面形成乳突状显微形貌;靶电流过高时,靶材在短时间内就会出现熔穿。靶座的磁场布置存在端部效应,使刻蚀槽的深度和宽度存在不均匀的现象。[结论]为提高贵金属平面靶的利用率,应改善磁场布置,并将功率密度控制在出现弧光放电的阈值内。

基于增材制造叶轮的熔模铸造工艺研究

使用FDM 3D打印增材技术和数值模拟软件对叶轮熔模铸造过程进行了研究。设计了底注式、顶注式和侧注式浇注系统,利用AnyCasting软件对各个浇注方案进行数值模拟分析,得到最佳浇注方案。采用增材制造技术和熔模铸造工艺制备出了合格铸件。结果表明,AnyCasting软件可以准确预测熔模铸造的缺陷,熔模铸造工艺可以很好地结合增材制造技术,并且能获得优良铸件。该研究解决了由于叶轮模具制造工艺繁琐所带来的铸造缺陷问题。

国产低屈服点芯材屈曲约束支撑的滞回性能及减震效果研究

为了研究芯材为LY160软钢的屈曲约束支撑滞回性能以及减震效果,针对LY160钢材和BRB构件进行了从材性、构件性能、到结构地震响应的系统试验和分析工作。首先完成了LY160钢材的材性试验,得到LY160钢材试件的平均屈服强度为170MPa,断裂伸长率为48.2%;随后进行了屈曲约束支撑的低周往复加载试验,采用LY160的屈曲约束支撑破坏位移为1/45L,延性系数达到17,最后开展了6层钢筋混凝土框架结构的弹塑性地震响应分析,发现使用LY160芯材的LBRB结构相较于使用Q235芯材的普通NBRB结构,不仅结构动力响应的减震效果提升了25%,同时还可有效地改善结构在强震下的塑性损伤,采用低屈服点软钢为芯板的屈曲约束支撑可以有效提升结构的抗震安全性。

超声能场在金属增材制造组织性能调控中的应用

针对金属增材制造构件存在微观组织缺陷、残余应力及各向异性等问题,各种组织性能调控技术应运而生。结合近年来超声能场对增材制造组织性能调控的研究工作,详细分析了超声能场在增材制造过程中的“液-固”双重效应,总结了超声能场对增材制造金属材料的显微组织及其表面粗糙度、显微硬度、残余应力、耐腐蚀等性能的影响。研究表明,超声能场使材料内部组织晶粒显著细化、孔隙率降低、耐腐蚀性能提高;同时使增材制造构件显微硬度升高,应力状态向有利于构件性能的残余压应力转变。