应力驱动的2.5D梯度各向异性维诺多孔零件轻量化建模方法

为了提高多孔零件的设计自由度、内部力学性能梯度与实际应力分布的匹配度,提出一种应力驱动的2.5D梯度各向异性维诺多孔零件轻量化设计方法。将零件有限元分析结果分解为应力标量场和应力方向场,通过加权随机采样算法将应力标量场映射为零件设计域内的维诺站点分布,实现零件内部力学性能的梯度分布;将应力方向场映射为二维黎曼流形,提出一种基于胞元择优方向生长策略的各向异性维诺图生成算法,生成胞元沿黎曼流形分布的各向异性维诺图。在此基础上,通过偏置算法、调和距离场和拉伸算法生成光滑的梯度各向异性维诺多孔零件。最后,采用有限元分析、三点弯曲实验等方法将所设计的多孔零件和其他多孔零件进行比较分析。实验结果表明,所提出的梯度各向异性维诺多孔零件建模方法能有效提升零件内部力学性能梯度与实际应力分布的匹配度,降低材料消耗,实现轻量化设计。

基于RFID技术的离散制造车间实时数据采集与可视化监控方法

为提高离散制造车间多品种、小批量生产过程的透明度和生产决策制定的实时性,提出一种基于无线射频识别技术的离散制造车间实时数据采集和可视化监控方法。在提出4种典型无线射频识别监控模式的基础上,揭示了离散制造车间中无线射频识别技术应用的本质,为无线射频识别配置提供指导。设计了一种事件驱动的无线射频识别数据采集单元模型,用于采集零件的状态、事件、时间、质量等实时信息;基于该模型依次建立了加工工序、工序流、批次与批量的无线射频识别监控模型,实现了对离散制造车间生产过程的可视化监控;提出一种无线射频识别数据处理方法,为车间可视化监控提供了业务逻辑信息。设计了基于无线射频识别的车间数据采集与监控系统的功能架构,并开发了相应的原型系统,通过简单的案例验证了所提方法和模型的可行性。

基于k-nearest算法的增强型正交各向异性多孔结构设计

针对各向异性多孔结构设计复杂、力学性能可控性低等问题,提出一种基于k-nearest算法的增强型正交各向异性多孔结构设计方法。首先,通过站点密度场驱动随机采样算法,在设计域内生成站点。然后提出一种基于黎曼距离的改进k-nearest算法,叠加全域方向场,生成2.5D/3D增强型正交各向异性多孔结构。该方法不仅可以通过黎曼椭圆/球的拉伸比例控制局部正交各向异性程度,通过方向场控制各向异性的朝向,还可以通过站点密度场调控多孔结构力学性能的梯度分布。最后,分别通过数值均质化和压缩实验对3D打印的多孔结构的力学性能、失效状态、随机性和弹性设计空间进行分析。实验结果表明,采用所提方法设计的正交各向异性多孔结构具有更优良的弹性性能和更大的弹性设计空间。

粉末特性对多孔不锈钢制备工艺和结构的影响

以凝胶注模工艺为基础,结合微波烧结技术,制备了形状和孔隙可控的多孔不锈钢材料。采用扫描电子显微镜、密度仪、抗弯实验等手段研究了粉末粒径、粉末形状、固相含量等特性对多孔不锈钢制备工艺和孔隙形貌、孔隙率的影响。结果表明:粉末粒径越小,形状因子越大,胶体固相含量越高,制备得到的多孔不锈钢的孔隙率越高;粉末形状因子越小,多孔不锈钢的孔隙越不均匀;固相含量越高,虽然坯体强度有所提高,但凝胶体系的粘度也越大,流动性较差,适合不锈钢粉末凝胶注模的最佳固相含量在58%左右。通过控制颗粒直径、颗粒形状、固相含量及采用颗粒级配的方法,可实现对凝胶注模制备多孔不锈钢的孔隙结构和孔隙率的有效控制。

三角网格模型的特征保持混合折叠简化

在增材制造、逆向工程等领域,广泛存在包含大量甚至海量数据的三角网格模型。为便于存储并提高处理效率,经常需要进行网格模型简化。但在网格简化过程中存在特征保持、简化率和简化效率冲突的问题,为更好地平衡简化结果和简化效率,提出了特征保持的混合折叠算法。在基于曲度精确计算新顶点、最大距离高效计算折叠代价的基础上,对边界特征区域和非边界特征区域采用边折叠方式进行保特征简化,对非特征区域则采用三角形折叠方法进行高效简化,最后通过偏差和网格正则度对简化结果作出误差评价。算法实例表明:混合折叠算法的模型细节特征保持较好,简化前后变形较小且效率适中。

拉延筋、压边力对冲压件成形性能的影响研究

冲压成形中合理的拉延筋、压边力是减少起皱、拉裂、回弹、拉深不足等的有效措施。以某车型汽车A柱加强板为对象,应用冲压仿真软件Dynaform,研究拉延筋、压边力对冲压件成形质量的影响,详细分析了模面有拉延筋、无拉延筋和不同压边力条件下工件的Z向最大回弹量、最大材料流入量、最大减薄量、最大增厚量和成形极限。分析结果表明:使用拉延筋后,工件的回弹缺陷得到控制,工件的最大增厚率下降,减小了起皱缺陷;压边力对工件成形质量有较大影响,压边力太大工件会出现破裂缺陷,压边力为100 k N是A柱下加强板最优的工艺参数。冲压试验结果与模拟结果吻合较好。

汽车后地板前横梁冲压件的成形质量控制

采用合理的板料形状以及合理地设置拉延筋,能够改善板料在成形中的流动性,从而减少起皱、拉裂等质量缺陷。以某汽车后地板前横梁为例,利用Dynaform坯料尺寸估算模块,对凸模进行逆向展开获得轮廓线,以偏置后的轮廓线的外切矩形确定板料初始形状,并进行成形仿真;在分析成形极限和金属流动方向的基础上,为消除零件的开裂缺陷,对初始板料左、右上角进行切除,获得修正的板料形状。仿真分析结果表明,修正后的板料增加了左、右上角材料的流动性,降低拉深变形的阻力。为减小零件的起皱缺陷,在模具中间部分设置拉延筋,拉延筋的设置降低了中间部分材料的流动性、增加了拉深变形的阻力,使变形趋于平衡,从而提高了零件的成形质量。