激光选区熔化成型可控超轻结构化零件的孔隙生成效果

本文主要研究了孔隙率等参数可控的自动超轻结构化金属零件的增材制造。以方块零件及一个具有复杂外形的零件为研究对象,分析了面向激光选区熔化工艺的可控超轻结构化零件的孔隙生成效果,重点探讨了成型工艺对超轻结构化零件孔隙率的影响。结果显示:通过计算机数值计算,可将方块CAD模型快速自动转化为可控超轻结构化模型,计算孔隙率误差可控制在±2%以内;激光深穿透现象会导致带悬垂面内壁的壁厚增加,所引起的孔隙率误差值为负值,且计算孔隙率越大,负值倾向越严重;而成型工艺性不致密导致的孔隙率误差为正值,且在相同工艺条件下,计算孔隙率越大,该误差值越小。故为使总孔隙率误差能较好地反映超轻结构网格孔隙的控制精度,应提高成型时实体部分的致密性。按45%设定孔隙率成功地将具有复杂结构的零件转化为计算孔隙率为44.62%的超轻结构化模型,采用高致密性激光选区熔化工艺成型后,实测孔隙率为42.94%,无悬垂面的内壁壁厚误差≤0.06mm,达到了较好的超轻结构控制效果。

金属零件自动超轻结构化设计及激光增材制造

为解决金属超轻结构零件设计技术复杂、设计周期长、难添加蒙皮进行增材制造等难题,提出一种基于激光选区熔化增材制造工艺的金属零件自动超轻结构化设计方法:根据激光选区熔化工艺特点,编制程序将原始零件CAD模型自动转化为设定孔隙率的带蒙皮类蜂窝状超轻结构零件模型,且其数据可直接驱动设备实现零件增材制造。研究了带蒙皮超轻结构的构造形式及设计方法;探讨了合适的成型棱长及合理蒙皮结构形式;成功实现复杂零件自动带蒙皮超轻结构化设计及增材制造,所得零件孔隙率误差2.79%,表明能较准确按预期减重。该方法能根据原始零件CAD模型自动、快速地构建带蒙皮金属超轻结构零件模型,大大减轻该类零件设计负担及提高其实用性。

超轻型钢结构住宅展望

本文分析了钢结构的特点,介绍了高强度承重超轻型钢结构住宅体系及钢结构住宅在国内的应用,综合分析了高强度承重超轻型钢结构住宅优越性。

周期性轻质多孔结构在能量吸收和振动方面的研究进展

周期性多孔结构以其轻质、高强等优异的力学性能和减振、能量吸收等多功能特性引发诸多学者越来越多的关注。该研究对近年来周期性超轻多孔结构及其填充混杂复合结构在能量吸收和振动性能方面的研究情况进行了综述。首先,概述了超轻多孔结构在减振和抗冲击性能方面优势明显的胞元及结构形式;其次,对于能量吸收方面,重点从准静态载荷、冲击载荷和应用三个角度评述了研究成果;然后,针对振动特性,介绍了振动分析、减振隔振和振动特性应用方面的研究工作;最后,展望其后续的发展方向,包括基于增材制造的多孔结构的动态力学模型研究、超轻多孔结构的疲劳及损伤容限性能研究、多孔结构在多场及多种载荷下动态力学性能研究、面向吸能和减振的多孔结构胞元设计和填充材料组集优化方法、面向工程应用的多孔结构材料功能一体化设计等。

面向多目标集成优化与二次烧结工艺的SiC反射镜组件超轻量化结构设计

为了满足高精密空间光学设备超轻量化要求,运用参数优化技术、有限元分析与先进碳化硅(SiC)制造技术,提出了一种多目标集成优化与二次烧结工艺相结合的Φ600mm反射镜组件超轻量化结构设计方法。X、Z两个方向上的SiC反射镜面形的均方根值(RMS)、重量为优化目标,将反射镜轴向厚度、镜面厚度等参数作为设计变量,获得了轻量化率为90.55%的超轻量化反射镜结构;提出反射镜支撑结构同样采用SiC材料,利用二次烧结工艺方法,将两者直接烧结成型,减少粘接装配环节,获得了轻量化率为92%的反射镜组件;利用有限元分析与试验对超轻量化结构设计方法的正确性和合理性进行了验证。结果表明:在重力载荷、温度载荷、镜面加工残差的综合影响下,反射镜组件面形误差RMS值为10.034nm,优于12.6nm的设计要求,且动态刚度良好,满足使用要求。

浅析黔东南州绿色新型城镇化建筑低层住宅结构体系及目前应用和前景

黔东南州房屋大多为木质房屋,相当陈旧腐朽,依山而建,连成一片,一旦发生火灾,就会造成火烧连营的惨状。这种火灾每年都会发生数起,为当地居民和政府带来了无法挽回的损失。所以,急需探索出一种新型结构体系来代替,研究认为,低层住宅超轻钢结构体系(包含轻钢轻混凝土结构房屋体系及低层冷弯薄壁型钢结构房屋体系)能满足要求,文章对这种新型体系进行了介绍,及在黔东南州推广应用进行研究。

3种点阵金属三明治板的抗侵彻性能模拟分析

对3种不同的点阵金属芯体三明治板受钢质弹丸侵彻作用下的抗侵彻性能进行了有限元模拟研究,包括空心金字塔三明治板、嵌入陶瓷柱金字塔三明治板和注入环氧树脂陶瓷金字塔三明治板.随着结构、材料复杂性的递增,以期望从中得出各子结构、各材料在三明治板抗侵彻过程中的吸能表现.弹丸作用于板的入射速度及出射速度也是关注的重要参数,用以量化确定三明治结构各组分对弹丸的弹道极限和抗侵彻能力的影响.研究表明,陶瓷材料因其具有高强度和高硬度等特点,可以显著提高金属三明治板结构的抗侵彻能力;环氧树脂材料可使离散的板结构保持整体性,在三明治板受侵彻作用时,吸收大量能量,从而实现大幅提高结构的抗侵彻性能的目的;因其材料/结构的完备性,注入环氧树脂陶瓷金字塔三明治板具有最高的弹道极限速度,抗侵彻能力也最强.

定向凝固金属-气体共晶的研究进展

金属-气体共晶是由一个液相在凝固过程中同时生成一个固相和一个气相的反应,即Liquid→Solid+Gas。在定向凝固条件下,金属-气体共晶可以形成类似于棒状共晶的组织,即圆柱状气孔定向排列于金属基体中的藕状多孔结构。1993年乌克兰学者Shapovalov博士在美国申请的一项专利中提出了用这种定向凝固金属-气体共晶方法制备藕状多孔金属的新工艺。其后,美国、日本、英国等国纷纷开展了相关的研究。各种常见的金属被用来制备藕状多孔金属。2003年,清华大学的李言祥研究组在教育部博士点基金的资助下开始相关研究,2005年,昆明理工大学周荣教授获得科技部973前期研究专项的资助,两校开始合作研究。几年来,研究取得了积极的进展。本文从①金属-气体共晶定向凝固装备;②金属-气体共晶定向凝固理论;③金属-气体共晶定向凝固藕状多孔材料等几个方面,全面介绍定向凝固金属-气体共晶的研究进展以及我们自己的相关研究成果。

镁-锂合金的性能与应用

Mg-Li合金是金属结构材料中最轻的一类合金,它在航空航天器中有重要的用途。对Mg-Li合金的组织性能、生产工艺作了全面的介绍。

IsoTruss超轻复合材料结构制造及力学性能测试

IsoTruss是一种结合了轻质材料与轻质构型双重优势的新型超轻复合材料结构。为分析和验证其力学性能,在分析和总结IsoTruss结构构型特征和制造工艺的基础上,设计了一套柔性成型模具。采用该模具,运用湿法缠绕工艺和芳纶纤维强化工艺,制造了8节点单重IsoTruss构件,并测试了试件的轴压、弯曲和扭转力学性能。轴压试验结果显示,IsoTruss试件平均压缩刚度质量比为1 944.8(kN/mm)/kg,平均压缩强度质量比为833.8kN/kg,达到同类构件性能,且高于相近外形尺寸的复合材料格栅柱状结构,验证了所采用的工艺方案和所设计的柔性模具能够满足IsoTruss结构的制造需求。

超轻质全复合材料桁架结构的制备及弯曲特性

采用手工引导纤维束缠绕加高强纱绑束的成型工艺制备了截面形状为三角形的玻璃纤维/环氧全复合材料桁架。研究了芯模的设计与制造、缠绕与绑束操作、固化与脱模工艺,测试了由该工艺制得的复合材料桁架肋条的直径、纤维体积含量和拉伸强度、模量。以三点弯曲的加载方式测试了所制得的超轻质复合材料桁架的弯曲性能。结果表明,用手工引导纤维束缠绕加高强纱绑束的成型工艺制得的全复合材料桁架肋条的直径平均偏差为5.8%,纤维体积含量为64%,其拉伸强度和模量分别为747.5 MPa和48.56 GPa,与模压工艺制得的单向复合材料相比分别提高了9%和15%。该超轻质(线密度≤1.0 kg/m)复合材料桁架整体抗弯载能力突出(失稳载荷达到2000 N),具有良好的结构刚度。

泡沫铝层合梁的三点弯曲变形

研究了泡沫铝层合梁三点弯曲的载荷(P)-位移(δ)曲线、变形过程及面板破坏、夹芯剪切破坏、凹陷破坏等破坏模式。用极限载荷公式得到的计算值与实验值符合良好。实验所得的加载和卸载刚度(P/δ)与计算结果吻合较好。泡沫铝层合梁具有较低的密度((0.42～0.92)×10~3kg/m^3)和很高的弯曲比刚度(E^(1/2)/ρ)。利用极限载荷公式建立了破坏模式图。

清代中前期苏州城市工业人口的职业构成

通过对清代中前期苏州工业行业人口的职业构成进行的分析,证明了以苏州为中心的江南地区选择的是以“超轻结构”为特点的早期工业化道路；封建小农经济在整个经济结构中已失去绝对支配地位,从而为江南地区率先开始社会转型奠定了必需的物质基础。

高比强高孔隙率泡沫铝合金三明治梁

研究了高比强泡沫铝合金和泡沫纯铝的单向压缩和剪切性能,对以高比强泡沫铝合金为夹芯的三明治梁失效模式的尺寸范围和承载能力进行了理论计算,结果与实验结果符合得很好。给出了泡沫铝合金三明治梁的设计方法,表明在较小的设计载荷下,三明治梁是以刚度作为设计的控制条件;在较大的设计载荷下,以相对强度为设计的控制条件。泡沫铝合金三明治梁与泡沫纯铝三明治梁的对比表明,在刚度设计控制条件下,前者的刚度是后者的1.00～1.185倍。在强度设计控制条件下,剪切破坏和压凹破坏失效模式下的泡沫铝合金三明治梁比泡沫纯铝三明治梁的极限强度分别提高57％～180％和90％～220％。

德国跨世纪的材料研究计划MaTech

德国作为科学研究和工业发展的大国,自1994年起,正式启动了其雄心勃勃的跨世纪国家级材料研究发展计划MaTeCh。MaTeCh计划的全称为“用于21世纪关键技术的新材料”,其实施周期自1994年至2003年。MaTeCh计划的目标分为3个层次: 1)通过研究发展开辟世界市场的产品创新和技术创新,在制备、加工和应用新材料3个方面。

金属圆管增强夹芯柱屈曲分析

金属圆管增强复合材料夹芯结构是一种新型的轻质多功能结构。考虑了横向剪切变形对临界载荷的影响,以实验方法测量出夹芯柱的横向剪切刚度,计算出临界屈曲载荷的理论值,并从实验上加以验证。利用有限元分析软件ABAQUS,模拟了夹芯柱宏观屈曲的形式,并与理论值和实验值进行了对比,结果吻合较好。采用数值模拟方法,研究了临界屈曲载荷与金属圆管排布方式之间关系。结果表明:金属圆管增强夹芯柱宏观屈曲主要以横向剪切屈曲为主;临界载荷值随着圆管在长度方向上的间距变小而增大;在圆管总重量和高度不变的情况下,临界载荷随着圆管半径和间距的变小而增大。研究结果对于在轴向压缩载荷下的金属圆管增强夹芯柱设计具有重要的指导意义。

一种大型全可动反射面天线的轻量化创新设计

针对110m超大口径全可动高精度反射面天线自重与造价的问题,本文提出了一种全新的设计方案,与常规方案相比,自重、驱动功率与造价可分别降低1/2,2/3与1个量级.首先,提出了超轻的预应力索-桁结构代替传统笨重的刚梁背架结构.其次,提出了新型并联伺服机构代替传统的方位-俯仰扫描机构.再者,基于模块化的设计思想建立了与创新结构相适应的优化模型.最后,将提出的方案应用于数值算例和某26 m口径的实际天线中,得出的结果验证了方案与方法的正确性与有效性.同时,该方案对其他装备设计也有一定的参考价值.