TIG电弧增材制造5356铝合金微观组织与拉伸性能

针对TIG电弧增材制造5356铝合金试样不同区域微观组织及性能变化开展研究.结果表明,试样结合层与沉积层水平交替呈现,底部区域沉积层宽度最大(~2.4 mm),中间稳定区最小(~1.6 mm);沉积层组织均以等轴晶为主,在灰色基体上弥散分布黑色β-Al3Mg2第二相,并伴有少量Mg2Si和(FeMn)Al6金属间化合物,结合层存在大量气孔及缩孔等缺陷;底部区域沉积层晶粒尺度最小,而结合层缺陷最多.不同区域水平方向强塑性无明显差异(R m=274 MPa,A=32.3%),垂直方向强度与水平方向近似相等,但断后伸长率下降到26%,两个方向拉伸断口均以等轴韧窝为主.3个区域沉积层硬度值稳定,底部沉积层硬度值略高于其余区域,而结合层硬度值波动明显.

基于合作博弈的制造联盟利益分配方法

为了在云制造模式下实现制造联盟利益的合理分配,在分析联盟集体理性和成员个体理性特征的基础上,分别从核心企业和成员企业的角度建立了合作与不合作战略下的利益函数;考虑到云制造平台的服务性,建立了云平台的利益函数;在既满足个体理性又使集体利益最大化的前提下,构建了制造联盟协同优化合作博弈模型;采用改进的复合形法设计了合作博弈模型均衡解的求解过程,并给出了求解算法流程图。以插齿机及其部件的生产过程为例,验证了所建模型和求解方法的正确性和有效性。

电流方式对5356-TIG增材制造组织性能的影响

采用交流钨极氩弧焊(AC-TIG)方法成形多层单道5356铝合金薄壁件,研究电流方式对堆焊结构显微组织及力学性能的影响。结果表明:无脉冲电流方式成形件结合层组织呈枝晶状,基体存在大量尺寸为50~100μm的气孔和缩孔等缺陷,沉积层由尺寸为100~150μm的粗大等轴晶组成;脉冲电流试样结合层由具有明显择优取向的细小枝晶组成,气孔尺寸减小,沉积层由尺寸为50~100μm的等轴晶组成;两种电流成形试样硬度值变化规律相似,即沉积层硬度值稳定而结合层波动剧烈,脉冲电流成形试样强塑性均高于无脉冲电流,两种试样在拉应力作用下均沿切向以韧性断裂为主,断口呈典型等轴韧窝状。结果表明:采用低频交流脉冲调质堆焊工艺,可获得最佳堆焊结构件,为实际工程应用提供理论依据及技术支撑。

304不锈钢钻削性能仿真与实验研究

奥氏体不锈钢是一种难加工材料,为探求不同工况参数下高速钢钻头钻削奥氏体不锈钢的加工性能,在ABAQUS环境下建立了奥氏体304不锈钢的钻削加工有限元仿真模型,揭示了钻削力、扭矩及温度等受加工参数的影响规律。结果表明,相同转速下,进给量增大会引起钻削力及扭矩大幅增加且波动严重,切削刃处的温度快速上升,切屑由带状切屑变为单元切屑。当进给量相同时随着转速的增加,会导致钻削力增加,但扭矩增幅较小。通过不锈钢钻削加工实验,验证了有限元仿真模型的正确性,为后期钻削加工奥氏体不锈钢进行加工参数优化提供了有效依据。

ER5356铝合金焊丝TIG增材制造弧光强度及电弧形态分析

采用ER5356铝合金焊丝进行交流钨极氩弧焊(TIG)堆焊,高速摄像采集系统记录堆焊过程电弧形态,研究热输入及电流方式对成形件堆焊过程弧光强度、电弧形态及成形件宏观形貌的影响。结果表明,焊接线能量对电弧形态、弧光强度、成形件层宽、表面光洁度,以及起弧端凸起和熄弧端塌陷等均有显著影响。电流方式能有效调控起弧、稳态和熄弧阶段电弧形态、弧光强度及成形件形貌,并进一步对电弧形态及成形件形貌变化机制进行深入探讨。以上分析结果表明,采用低频交流脉冲调制堆焊工艺可获得较佳堆焊结构件,为实际工程应用提供理论依据及技术支撑。

基于BPNN与PSO的薄板件钻孔夹具定位布局多目标优化

针对薄板件钻孔夹具定位布局设计存在多个目标和有限元仿真成本高的问题,提出一种基于反向传播神经网络(BPNN)与粒子群优化(PSO)算法的薄板件钻孔夹具定位布局多目标优化方法。通过有限元仿真分析获取不同夹具定位布局下薄板件钻孔后的最大变形和整体变形,将仿真结果作为训练样本,建立定位布局与薄板件最大变形和整体变形之间的多目标神经网络预测模型。在此基础上,以夹具定位布局为设计变量,以工件的最大变形和整体变形最小化为目标,结合神经网络预测模型与粒子群优化算法,得到钻单个孔时的夹具定位布局Pareto最优解集。最后,通过平板和曲板两个实例验证了所提方法的可行性和有效性。

基于分形接触理论的薄板件钻孔夹具定位布局建模

为了提高薄板件钻孔夹具定位布局仿真模型的薄板件变形预测精度,提出一种基于分形接触理论的薄板件钻孔夹具定位布局建模方法。首先采用半弹性接触模型近似代替定位元件与薄板件之间的接触,并通过法向弹簧—阻尼单元模拟接触面的刚度和阻尼特性,然后借助分形接触理论获得定位点接触区域法向接触力与接触刚度、阻尼的关系,接着在通过有限元仿真得到各定位点处的法向接触力的基础上,求解每个定位点处的法向接触刚度与阻尼,最后建立薄板件钻孔夹具定位布局仿真模型,对薄板件钻孔后的变形进行预测。通过平板和曲板两个实例验证了所提建模方法的可行性和有效性。

FDM有限元仿真与层间连贯分层复合扫描路径研究

3D打印扫描路径是影响打印质量和效率的重要因素。本文在研究熔融沉积成型(Fused deposition modeling,FDM)打印原理及有限元仿真的基础上,旨在给出一种层间连贯分层复合扫描路径方法。首先分析了往复直线扫描与偏置扫描的工艺特点并提出了层间连贯的分层复合扫描路径;然后采用生死单元技术建立了FDM成形过程有限元模型并进行了实验验证。结合有限元仿真与实验,结果表明,本文所提扫描路径不仅将往复直线扫描和偏置扫描的优势融合,且分层复合的挤出方式增加了打印的连贯性和整体性。

无轴传动凹版印刷机的相邻偏差耦合同步控制

针对无轴传动凹版印刷机的同步协调控制,考虑印刷基体张力恒定和套印准确的要求,基于相邻偏差耦合思想提出了一种能同时满足凹版印刷机无轴传动系统完全同步和比例同步特点的控制结构。针对无轴传动系统动力驱动部件非线性、强耦合的特点,设计了2阶自抗扰控制器以实现收放卷牵引单元与印刷色组单元高精度的跟踪控制和扰动补偿。构建了无轴传动凹版印刷机同步控制策略的仿真模型,仿真结果表明,提出的同步控制结构具有较高的同步控制精度和稳定性,设计的自抗扰控制器具有较好的速度跟踪性能和抗扰能力。

TIG增材成形5356铝合金温度场数值模拟分析

用Abaqus软件结合单元生死法,建立钨极惰性气体(tungsten inert gas,TIG)增材成形5356铝合金有限元模型,探讨层间冷却时间、增材方向及预热对温度场的影响规律,并通过实测温度验证仿真结果。结果表明:随层间冷却时间递增,第1层表面中点温度循环曲线的峰值与谷值下降;随层数增加,峰值温度先快速下降,后缓慢下降;谷值温度先快速增加,后缓慢增加。往复式增材成形可有效改善同向增材在熄弧端因热量积累导致的成形缺陷,有利于提升表面平整度。在合理温度范围内的基板预热可使温度分布更均匀。

深孔变刚度/阻尼钻削系统的建模与稳定性研究

依据深孔钻削刀具系统的实际布局形式,构建了包含有变刚度/阻尼辅助支撑的深孔加工刀具系统模型,模型中考虑了引发陀螺效应及切厚再生效应的因素。以Euler-Bernoulli梁单元模型为基础,运用矩阵传递函数方法,使得更多至关重要的局部设计信息融入进深孔刀具系统动力学方程,例如变刚度/阻尼辅助支撑、授油器及刀具结构形式等。通过理论计算与实验结果的对比,证实了该模型的准确性与可行性。以此为基础,结合频域特征向量的稳定性判据,研究了综合陀螺效应及切厚再生效应影响因素条件下深孔钻削刀具系统的稳定性与加工转速、钻削深度及施加的励磁电流之间的关联关系,验证了新型变刚度/阻尼钻削系统对提升刀具系统稳定性的有效性,这些将为实现深孔切削刀具振动行为带有目标性地主动式调控奠定基础。

激光金属成形缺陷在线检测方法及热场仿真

针对激光金属沉积(LMD)增材制造过程中易产生微裂纹等冶金缺陷,严重影响制件疲劳力学性能的问题,提出了LMD增材制造冶金缺陷在线红外扫描检测的方法。为验证该检测方法的可行性,进行了LMD钛合金试件人工裂纹缺陷热场仿真分析与红外测温扫描检测实验研究。通过缺陷热场仿真分析揭示了红外测温特征峰峰高与裂纹宽度、深度的关系规律。人工裂纹检测实验表明,红外测温仪探头扫过各人工裂纹上方时,测温波形会出现明显增高的特征峰。通过仿真拟合关系式计算的裂纹宽度温升幅度曲线与实验数据曲线的比较验证了仿真分析结果的正确性。

不同堆垛结构二硫化铼/石墨烯异质结的光电化学特性

能源及污染是新时代所面临的重要难题,光催化技术可通过电解水产氢以及降解有机物污染物,在一定程度上解决此问题.而制备光催化活性较好、光生载流子分离效率高的光催化剂是这项技术的关键.本文采用液相剥离法结合电泳沉积法制备得到具有不同堆垛结构的二硫化铼-石墨烯(ReS_2-Gra, ReS_2在上)与石墨烯-二硫化铼(Gra-ReS_2,石墨烯在上)范德瓦耳斯异质结薄膜,并对其进行了光谱学表征.将上述异质结作为光电极材料,应用在光电化学反应中,发现:1)不同的堆垛结构,将影响异质结材料的光电化学特性,即在相同条件下,与ReS_2-Gra光电极相比, Gra-ReS_2光电极的光电流增大了54%;2)异质结的构建,使得光电极材料的光电化学特性得到显著增强,得到了更大且响应更迅速的光电流,即Gra-ReS_2光电极(2.47μA)的光电流响应是纯ReS_2光电极(1.16μA)的2倍.本工作为范德瓦耳斯异质结的制备提出新思路的同时,也为太阳能转换器件的研究打下了理论基础.

激光增材制造温度场检测分析与控制综述

激光金属增材制造通过金属材料快速熔化、凝固并逐层堆积的方式实现金属零件的近净成形。成形过程中温度梯度大,在零件内产生热应力和热变形,导致冶金缺陷以及显微组织性能退化,因此温度场检测、分析与控制一直是金属增材制造的关键问题。为此,综述了国内外增材制造温度场的有限元仿真分析,基于红外热像仪和高温计等仪器的成形表面、熔池温度在线检测分析,成形温度闭环控制与基板预热控制等方面的研究进展,比较了现有的增材制造温度场检测、分析与控制技术的优缺点,并分析了未来的发展趋势。

双谐振结构同轴微波等离子体炬调谐特性分析

在CO_(2)分解转化方面,微波等离子体装置因其具有高效、节能等优势,已成为实现碳中和目标的有效技术手段。然而微波类装置在使用时,通常需要调节谐振频率,才能高效稳定地工作。为了提高CO_(2)微波等离子体装置的能量利用效率和工作稳定性,探究了同轴谐振器的结构参数对调谐带来的影响,并提出了双变量调谐模式。首先,建立了同轴微波等离子体炬的物理模型和等效电路模型,分析了等离子体炬的放电强度与同轴谐振器轴向尺寸之间存在的相互联系;然后建立了不同放电状态下的电导率分布模型,并通过COMSOL仿真得到了对应分布模型下的端口反射系数S11与同轴谐振器的轴向尺寸之间的调谐曲线;最后将仿真结果与等效电路模型进行了对比验证,并分析了单变量调谐与双变量调谐的效果,以及双变量调谐模式的可行性及特点。研究结果表明,相较于单变量调谐模式,双变量调谐模式可以将|S11|平均提高5%~15%,并可在3/4波长内获得不同放电状态下的最小S11值(即最佳谐振状态),可以进一步提高装置的功率耦合效率,减小能量损失,从而提高CO_(2)分解转化效率。

航发叶片砂碟磨削接触特性及材料去除机理

航空发动机叶片型面曲率复杂变化、薄壁结构加工刚性弱,使其精密磨削接触状态多变、磨具轨迹规划困难,引起加工表面质量一致性差。为实现叶片磨削工艺优化,基于叶片磨削工艺特点分析,开展叶片砂碟磨削工艺接触特性及材料去除机理研究,利用降维法建立砂碟磨削材料去除率理论模型,通过砂碟磨削接触特性以及材料去除过程仿真研究,揭示了砂碟磨削不同工艺参数对叶片法向接触压力分布、等效法向接触压力、接触面积、接触轮变形及材料去除深度的影响规律,结合砂碟磨削工艺试验,对仿真结果进行验证。研究结果表明,砂碟磨削接触倾角与法向接触压力、接触面积呈负相关,与接触轮最大变形量呈正相关,接触倾角从10°增大到30°,本质使磨具更加锋利,材料去除深度峰值增大约59.78%,有效磨削区域显著降低;随着磨削深度从0.1mm增大至0.3mm,法向接触压力、接触面积及接触轮最大变形量均增大,有效磨削区域显著增大,材料去除深度峰值增大1.57倍,达到0.188mm;接触倾角与磨削深度是影响砂碟磨削材料去除的主要因素,对获得高质量表面并实现磨削工艺控制具有重要的作用。

基于分子吸收的脉冲激光锁频方法研究

为满足瑞利高光谱激光雷达对脉冲激光发射单元频率稳定性的需求,提出基于分子吸收的脉冲激光锁频方法。基于碘分子吸收光谱原理,采用GHz量级峰值保持电路、比例积分微分(PID)(proportional integration differential控制算法和精度为±0.02K的控温系统,构建一套脉冲激光锁频系统。首先,利用BBO(β-BaB2O4)晶体倍频的532nm连续激光测量精确温控的碘分子吸收池,获得其1109线在不同温度下的吸收光谱,进而确定了鉴频曲线;其次,利用鉴频曲线的拟合方程获得通过碘分子吸收池后脉冲激光能量变化与频移量之间的定量关系及测量灵敏度;最后,利用PID控制算法对比频率设定值与频移量之间的差异,将该差异以电压形式反馈于种子激光器,通过种子激光器的频率改变补偿脉冲激光的频率漂移,继而实现脉冲激光的动态锁频。实验结果表明:在25min内脉冲激光的频移小于±2.2MHz,瑞利高光谱激光雷达测风误差小于±0.6m/s,测温误差小于±0.5K。

BTA深孔钻削过程切削热通量的追踪方法研究

深孔钻削所产生的切削热是引起加工孔表面损伤和热变形的主要原因,该项研究对实现深孔制件质量的过程监测与控制具有重要的意义.依据BTA深孔钻削工艺的特点,提出一种基于深孔制件多点温度的时空信息反演计算切削热通量分布特征的方法.通过对切削过程热源区域的合理划分及孔壁热通量连续函数的时空解耦,采用顺序函数法来计算平均切削热通量,并将其引入到瞬时热通量的迭代求解过程,同时计算获得加工过程中深孔刀具外齿侧面和导向条部热通量的时空变化规律,实现了对深孔制件热源和热分布的重构,且具有相互协调一致的精度.通过合理地选择未来时间步长,并结合深孔加工试验验证了所提出方法的可行性与有效性,这些将为探索深孔加工过程刀具磨损、孔壁表面损伤与工件热变形的机理奠定基础.

基于神经网络的激光选区烧结温度预测

有限元仿真是激光选区烧结(SLS)增材制造温度场预测分析的常见方法,但温度场仿真运算往往要耗费大量的时间。为了提高运算效率,提出了基于遗传算法(GA)优化反向传播(BP)神经网络的SLS烧结点温度预测方法。在大量覆膜砂材料多道多层零件烧结点温度仿真模拟试验的基础上,建立并训练了基于GA-BP神经网络的烧结点温度预测模型。开发了SLS烧结点温度预测软件,能够根据零件的尺寸及工艺参数,快速计算出烧结点温度,并进行可视化显示。通过零件烧结点预测温度与热像仪检测温度的对比试验,验证了温度预测的准确性。

螺栓结合部接触区域非线性动态特征的凝聚建模方法

为研究非线性接触力的影响,提出一种新型螺栓结合部接触区域动态特征的建模方法。基于混合坐标模态缩减技术,将螺栓联接模型中线性自由度的特征模态进行截断,仅保留接触区域的非线性动态特征模态。通过引入可等效表征非线性特征的接触耦合凝聚点,利用坐标变换将接触区域耦合面的非线性接触力凝聚到该作用点上,使得对螺栓结合部的非线性界面接触力转化为凝聚作用点的非线性刚度,从而在保证计算精度的前提下有效降低非线性耦合结合部求解的自由度数,节约计算资源。通过理论计算与试验对比,验证结合部耦合凝聚建模方法的有效性与可行性,这将为精准、高效地预测结构联接体的动态特征与性能评价奠定基础。