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热处理对选区激光熔化制备的点阵结构性能影响研究
1
作者 聂云飞 唐倩 +6 位作者 李坤 王浩宇 吴海斌 王彬生 秦昌亮 杨震 石佳 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2024年第3期45-54,共10页
选区激光熔化(SLM)技术因其独特的成形原理成为制备复杂点阵结构的理想工艺。以钛合金骨架和片状结构为研究对象,通过数值仿真和试验相结合的方法,分析了热处理工艺对结构微观组织、力学性能、断裂机制及吸能特性的影响规律。结果表明,... 选区激光熔化(SLM)技术因其独特的成形原理成为制备复杂点阵结构的理想工艺。以钛合金骨架和片状结构为研究对象,通过数值仿真和试验相结合的方法,分析了热处理工艺对结构微观组织、力学性能、断裂机制及吸能特性的影响规律。结果表明,固溶时效热处理后钛合金中α+β相均匀分布,固溶温度的增加会使片状α'相马氏体逐渐减少而β相增多;不同热处理状态下片状结构压缩强度为骨架结构的1.81~2.17倍,平台应力为后者的3.1倍,但两者弹性模量相当,同时热处理工艺对骨架结构力学性能影响较小而对片状结构影响较大;两类结构都表现出了45°结对角剪切断裂和断裂带传递的现象;骨架结构能量吸收效率远大于片状结构,但累积能量吸收量较低,热处理工艺没有提高被测结构的吸能性能。 展开更多
关键词 选区激光熔化(SLM) 点阵结构 热处理 力学性能 断裂机制 吸能性能
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选区激光熔化成形FeCrNi中熵合金点阵结构及其力学性能
2
作者 孙驰 汪健 +4 位作者 贺贺 秦冬阳 曹远奎 付遨 刘彬 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期211-219,共9页
金属点阵结构材料由于其轻量化、高比强度、能量吸收和多孔性等优势,广泛应用于航空航天、汽车工业等领域。以高强韧FeCrNi中熵合金(medium entropy alloy,MEA)为研究对象,采用选区激光熔化(selective laser melting,SLM)技术制备了具有... 金属点阵结构材料由于其轻量化、高比强度、能量吸收和多孔性等优势,广泛应用于航空航天、汽车工业等领域。以高强韧FeCrNi中熵合金(medium entropy alloy,MEA)为研究对象,采用选区激光熔化(selective laser melting,SLM)技术制备了具有BCC,BCCZ,FCC,FCCZ四种仿晶格结构的FeCrNi中熵合金点阵结构材料,对其显微组织、力学性能及变形行为进行了系统研究。结果表明,采用SLM技术制备的FeCrNi中熵合金点阵结构节点搭接质量高,熔池交错堆叠致密,晶粒均匀细小。在相对密度相近时,BCC,FCC,BCCZ,FCCZ点阵结构的比强度和比能量吸收值依次升高。具有FCCZ点阵结构的FeCrNi中熵合金材料的比能量吸收值达到49.8 J·g^(-1),显著高于Ti6Al4V及316L不锈钢点阵材料。有限元模拟分析表明,Z型支柱的存在增加了点阵材料的表观强度和刚度,并导致变形行为由结点弯曲主导向拉轴向压缩主导转变,是FCCZ点阵结构强度提升的主要原因。 展开更多
关键词 选区激光熔化 中熵合金 点阵结构 力学性能
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增材制造钛基金字塔点阵结构对镁/钛双金属复合材料界面强化的优化
3
作者 吴远兵 赵建华 +3 位作者 彭韦力 辜诚 程进 王亚军 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第3期846-860,共15页
采用超声辅助固-液复合铸造的方法,通过在界面处采用增材制造的钛基金字塔型点阵材料制备镁/钛异种双金属复合材料。采用正交法对点阵结构参数进行优化。结果表明,优化后的点阵结构参数为:杆直径(d)1 mm,杆长与杆直径比(l/d)3,上节点和... 采用超声辅助固-液复合铸造的方法,通过在界面处采用增材制造的钛基金字塔型点阵材料制备镁/钛异种双金属复合材料。采用正交法对点阵结构参数进行优化。结果表明,优化后的点阵结构参数为:杆直径(d)1 mm,杆长与杆直径比(l/d)3,上节点和下节点直径与杆直径比(d_(1)/d,d_(2)/d)均为2.5,其中l/dd是影响接头失效强度的最显著因素,最优点阵结构参数下镁/钛双金属接头的失效强度为77.3 MPa。实验结果和有限元分析表明:随着点阵结构长径比的增加,镁/钛双金属接头的失效强度先增加后减小,当长径比为3时,失效强度达到最大。 展开更多
关键词 镁/钛双金属复合材料 金字塔点阵结构 优化 增材制造 失效强度 有限元分析
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Kagome点阵结构参数对其压缩特性的影响及轻质化设计
4
作者 张斌 赵晶 王世杰 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2024年第3期35-42,102,共9页
为研究三杆支撑(Kagome)结构的压缩性能并对其进行轻质化设计,通过改变胞元的结构参数,建立了12种不同胞元相对密度的Kagome多层点阵结构模型,利用压缩试验和模拟仿真对其进行准静态压缩力学性能分析。研究发现在胞元高度一定时,支撑杆... 为研究三杆支撑(Kagome)结构的压缩性能并对其进行轻质化设计,通过改变胞元的结构参数,建立了12种不同胞元相对密度的Kagome多层点阵结构模型,利用压缩试验和模拟仿真对其进行准静态压缩力学性能分析。研究发现在胞元高度一定时,支撑杆倾角和截面直径的增大均会提高Kagome多层点阵结构的抗压缩性能,且倾角大小对结构整体最大等效平压强度的影响要大于杆直径的影响。胞元相对密度从16.6%提高到60.7%,整体等效平压模量提高了5.54倍,最大等效平压强度提高了4.52倍,模拟仿真结果和试验结果具有一致性。此外,对Kagome加固点阵结构进行轻质化设计,整体质量直接减少了16.3%,压缩仿真结果表明,轻质化设计小幅提升了点阵结构在压缩坍塌失效之前的整体等效平压模量、最大等效平压强度、相对比强度、比刚度和等参数。 展开更多
关键词 点阵结构 Kagome结构 准静态压缩 压缩力学性能 轻质化设计 复合材料
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基于梯度点阵结构的浆果变刚度柔性夹持机构设计
5
作者 王昱 陈婉琼 +3 位作者 曾山 凡健 孙超 姚凯斌 《华南农业大学学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期273-279,共7页
【目的】根据浆果在采摘、分拣等环节中的夹持性能需求,在机器人末端使用高刚度驱动连接和低刚度无损夹持的夹持机构,有效推进农业机器人在浆果生产领域的推广。【方法】针对典型浆果-小番茄的夹持工况,引入多层级拓扑优化理论,提出基... 【目的】根据浆果在采摘、分拣等环节中的夹持性能需求,在机器人末端使用高刚度驱动连接和低刚度无损夹持的夹持机构,有效推进农业机器人在浆果生产领域的推广。【方法】针对典型浆果-小番茄的夹持工况,引入多层级拓扑优化理论,提出基于梯度点阵结构的变刚度柔性夹持机构设计方法,构建变刚度柔性夹持机构的优化设计模型,实现由单一材料构建的刚度梯度分布的一体化柔性夹持机构设计。【结果】采用Polyjet增材制造技术,加工获得柔性质量约45 g的夹持机构样件。对茂名‘千禧’小番茄的夹持试验发现,夹持机构样件输入端的驱动载荷为11.00~14.56 N时,小番茄的压缩率为0.90%~1.91%,机械损伤度为0。【结论】优化设计的变刚度柔性夹持机构可有效且几乎零损伤地夹持外表层较为脆弱的浆果,为浆果自动化采摘、分拣等环节中夹持装备的设计提供了可行的设计方法。 展开更多
关键词 浆果 夹持 柔性夹持机构 点阵结构 变刚度 拓扑优化
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选区激光熔化三维点阵结构尺寸效应研究进展
6
作者 彭成宽 祁俊峰 邵珩 《中国空间科学技术（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第2期16-29,共14页
三维点阵结构技术是兼具轻量化和功能-结构一体化设计的创新型技术,结构成形所依赖的选区激光熔化技术在成形跨尺度结构和渐变结构时面临严重的尺寸效应问题,制约了三维点阵结构的应用及推广。特征结构的“形”、“性”特征是评价打印... 三维点阵结构技术是兼具轻量化和功能-结构一体化设计的创新型技术,结构成形所依赖的选区激光熔化技术在成形跨尺度结构和渐变结构时面临严重的尺寸效应问题,制约了三维点阵结构的应用及推广。特征结构的“形”、“性”特征是评价打印质量的重要标准,因此,以三维点阵的特征结构——杆和薄壁作为研究对象,系统梳理了尺寸效应的相关研究。首先,从温度场出发,阐述了特征尺寸对宏观热累计及介观熔池尺寸、温度梯度、冷却速率的影响规律,为进一步“形”、“性”分析提供依据;其次,缺陷和微观组织形貌是控“形”的主要内容,因此总结了特征尺寸对微观孔隙率、尺寸精度、粗糙度三种缺陷程度及晶粒尺寸、排向两种微观组织特征的影响规律,并对其产生的机理进行了分析;最后,对比了不同缺陷和微观组织特征对力学性能的影响,为特征结构控“性”提供借鉴。合理的工艺参数选择与特征尺寸相互配合,可以有效改善打印质量,提高特征结构的力学性能,为跨尺度结构及渐变结构的工艺方案设计提供参考,同时也为极致轻量化的探索提供了思路。 展开更多
关键词 尺寸效应 选区激光熔化 三维点阵结构 特征尺寸 多孔结构
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增材制造加肋增强极小曲面点阵结构的等效弹性特性研究
7
作者 蔡佳欣 白静 +2 位作者 谢冲 杨茜 杨欢庆 《航天制造技术》 2024年第2期1-6,共6页
随着增材制造技术的发展,使更为复杂的多孔材料制造得以实现,三维点阵的轻量化设计方法有望为航天发动机的减重增效带来全新途径。针对现有极小曲面点阵结构力学性能计算复杂问题,本文研究了初始极小曲面结构(Primitive Triply Periodic... 随着增材制造技术的发展,使更为复杂的多孔材料制造得以实现,三维点阵的轻量化设计方法有望为航天发动机的减重增效带来全新途径。针对现有极小曲面点阵结构力学性能计算复杂问题,本文研究了初始极小曲面结构(Primitive Triply Periodic Minimal Surface,P-TPMS)及其加肋增强结构(Ribbed Primitive Triply Periodic Minimal Surface,RP-TPMS)的等效弹性参数与变形行为,及二者受相对密度改变的影响规律,提出解析模型,显著提高了RP-TPMS结构等效弹性模量的计算效率。基于有限元方法对P-TPMS结构与RP-TPMS结构的计算结果进行对比,结果表明:垂直加肋设计可以有效提高P-TPMS结构的等效弹性模量。 展开更多
关键词 激光选区熔化 点阵结构 力学性能 加肋结构
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复合点阵结构强爆炸冲击载荷下的损伤机理与动态响应特性 被引量：2
8
作者 时圣波 王韧之 +3 位作者 唐佳宾 甘云丹 袁建飞 陈勇 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期37-51,共15页
基于碳纤维增强复合材料面板与金属芯层,设计出金字塔型复合点阵夹芯结构。利用地面爆炸冲击实验,研究复合点阵结构在强爆炸载荷作用下的损伤机理和失效模式。基于材料的细观损伤机理,构建复合材料面板的三维渐进损伤模型和金属芯层的Jo... 基于碳纤维增强复合材料面板与金属芯层,设计出金字塔型复合点阵夹芯结构。利用地面爆炸冲击实验,研究复合点阵结构在强爆炸载荷作用下的损伤机理和失效模式。基于材料的细观损伤机理,构建复合材料面板的三维渐进损伤模型和金属芯层的Johnson-Cook损伤模型,并结合有限元方法发展了复合点阵结构的爆炸冲击响应预报模型。开展了不同载荷工况下结构的动态响应特性分析,结合实验测试结果分析了结构抗爆性能的主要影响因素。研究表明,在近距离强爆炸载荷作用下,复合点阵结构整体构型基本保持完好,仅局部出现失效现象,主要失效形式为边缘区域面芯脱粘和局部芯层杆件断裂,但结构整体上仍具有较好的承载能力。探讨了考虑多种载荷条件和结构参数相关变量的毁伤函数,给出了结构的可行设计域。研究结果可为装备关键部件轻量化/抗爆设计提供参考。 展开更多
关键词 爆炸冲击防护 复合点阵结构 渐进失效模型 动态响应特性 毁伤函数
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航空点阵结构制造技术、测试及表征方法研究进展
9
作者 郑晖 廖恕 +3 位作者 王会东 王祥贺 谢洪志 赵天章 《兵器材料科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期113-126,共14页
点阵结构因其内部空间的独特性,在保证结构强度的前提下可同时满足轻量化及多功能化的要求,在航空领域具有广阔的应用前景。点阵结构的构型复杂,制造工艺多样,难进行统一的力学性能表征,设计制造一体化思路尚不明确。本文首先总结目前... 点阵结构因其内部空间的独特性,在保证结构强度的前提下可同时满足轻量化及多功能化的要求,在航空领域具有广阔的应用前景。点阵结构的构型复杂,制造工艺多样,难进行统一的力学性能表征,设计制造一体化思路尚不明确。本文首先总结目前国内外应用范围较广的点阵结构构型与材料,回顾了点阵结构的超塑成形/扩散连接、增材制造等各个制造技术的工艺流程及优缺点,再次分析了点阵结构力学性能的测试方法和规则拓扑结构的理论力学性能表征。最终总结归纳了现有点阵结构形性协调演变机理不明确和大型点阵结构蒙皮超塑成形技术不成熟等问题,并对点阵结构在未来的发展趋势进行了展望。 展开更多
关键词 点阵结构 制造技术 表征方法
原文传递
基于激光选区熔化的点阵结构设计、性能及应用研究进展
10
作者 张冬云 刘智远 +3 位作者 胡松涛 卫垚宇 黄浩 梁锐 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2023年第10期34-49,共16页
激光选区熔化技术(Selective laser melting,SLM)作为第三次工业革命的引擎技术,突破了传统加工技术的制造极限,为航空航天、医疗、汽车等领域高性能部件的结构设计和制造提供了可能。点阵结构因具有高比强度、高比刚度、低热膨胀系数... 激光选区熔化技术(Selective laser melting,SLM)作为第三次工业革命的引擎技术,突破了传统加工技术的制造极限,为航空航天、医疗、汽车等领域高性能部件的结构设计和制造提供了可能。点阵结构因具有高比强度、高比刚度、低热膨胀系数和高比表面积等特性,已被广泛应用于各类学科领域。依托SLM技术,结合材料–结构–性能一体化的创新型制造模式,现阶段点阵结构已经成为多学科领域所提出的轻量化、高性能及多功能的设计及制造的有效解决方案。本文详细介绍了SLM技术制造点阵结构的种类、工艺协同性及设计优化方法;对点阵结构的力学性能和能量吸收能力进行了分析;阐述了几类典型功能点阵结构在航空航天、医疗及汽车等领域的应用,并就点阵结构在工程应用领域的未来发展做出了展望。 展开更多
关键词 激光选区熔化(SLM) 金属材料 点阵结构 力学性能 能量吸收
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基于增材制造的点阵结构优化
11
作者 张新聚 薛占璞 +4 位作者 郑雄飞 孙晓婷 韩晓阳 田振路 承群涛 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2023年第1期83-91,共9页
现有商业软件在构造拥有曲面边界轮廓的点阵结构时,会出现单胞破损现象,边界单胞破损的点阵结构不仅外观上有缺陷,而且力学性能较差,因此开发出一套大规模点阵结构的构造与优化设计方法非常具有理论价值和实际工程意义。首先,针对目前... 现有商业软件在构造拥有曲面边界轮廓的点阵结构时,会出现单胞破损现象,边界单胞破损的点阵结构不仅外观上有缺陷,而且力学性能较差,因此开发出一套大规模点阵结构的构造与优化设计方法非常具有理论价值和实际工程意义。首先,针对目前大规模点阵结构构造时存在的边界单胞破损问题,在有限元网格划分技术的基础上,提出了一种完整单胞的点阵结构构造方法;然后,将ANSYS的参数化语言APDL应用到具体的二维和三维实例中,并将该文提供的点阵结构与主流拓扑软件Inspire构造的点阵结构进行对比,结果表明基于有限元网格划分技术构造的点阵结构适应于不同的直线、曲线和曲面图形,较好地避免了几何图元边界处的单胞破损现象;最后,针对构造的含有完整单胞的均质点阵结构进行非均质优化,在MIST方法的基础上,提出了一种点阵结构杆件直径尺寸快速优化设计方法,分别应用到二维和三维仿真数值算例中,并选取合适的模型进行3D打印,通过点阵结构的压缩试验,进一步验证了非均质点阵结构优化设计方法的有效性。 展开更多
关键词 增材制造 点阵结构 单胞破损 有限元网格 参数化 非均质优化
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多工况碰撞载荷下点阵结构填充吸能盒设计策略研究 被引量：1
12
作者 梁鸿宇 刘百川 +1 位作者 马芳武 王登峰 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第2期293-303,共11页
由于点阵结构优异的比吸能特性,其在新能源汽车被动安全方面具有广阔的应用前景。本文中以点阵结构填充吸能盒为研究对象,分别建立了具有不同点阵结构内芯的汽车吸能盒有限元模型,对比分析了不同填充吸能盒与传统吸能盒在多角度斜向碰... 由于点阵结构优异的比吸能特性,其在新能源汽车被动安全方面具有广阔的应用前景。本文中以点阵结构填充吸能盒为研究对象,分别建立了具有不同点阵结构内芯的汽车吸能盒有限元模型,对比分析了不同填充吸能盒与传统吸能盒在多角度斜向碰撞工况下的耐撞性能,阐明点阵结构与吸能盒本体之间的相互作用机理及内芯选择依据。在此基础上,进一步考虑本体诱导槽对多工况变形模式的影响,开展了基于改进本体结构的点阵结构填充式汽车吸能盒抗撞性多目标优化设计。结果表明:具有正六边形点阵结构填充的汽车吸能盒具有稳定且优异的吸能性,基于改进诱导槽的点阵结构填充式吸能盒优化方案相对于原始吸能盒结构减质量32.05%,在保证最大冲击力小于阈值的前提下,其各项综合性能指标均得到显著提升。 展开更多
关键词 点阵结构 吸能盒 负泊松比 能量吸收
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多层尺寸梯度面心立方点阵结构力学性能研究 被引量：1
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作者 张武昆 谭永华 +2 位作者 高玉闪 王珺 赵剑 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期21-30,共10页
针对均匀点阵结构能量吸收性能低和截面梯度点阵结构刚度性能较差的问题,设计了多层尺寸梯度面心立方点阵结构,通过理论、仿真和试验方法研究了其力学性能。首先,采用SS316L不锈钢材料和选择性激光熔融(SLM)技术,制备了胞元尺寸梯度面... 针对均匀点阵结构能量吸收性能低和截面梯度点阵结构刚度性能较差的问题,设计了多层尺寸梯度面心立方点阵结构,通过理论、仿真和试验方法研究了其力学性能。首先,采用SS316L不锈钢材料和选择性激光熔融(SLM)技术,制备了胞元尺寸梯度面心立方(SG-FCC)和均匀面心立方(U-FCC)两种点阵结构的试验件,并进行了准静态压缩试验;然后,在试验和有限元分析的基础上,获得了两种点阵结构在压缩过程的力学行为,基于杆梁变形理论和多层梯度点阵结构刚度组集方法,提出了两种点阵结构的等效弹性模量理论模型;最后,研究了不同梯度因子对SG-FCC点阵结构压缩性能的影响规律。试验结果表明:相比于U-FCC点阵结构,SG-FCC点阵结构的力学性能更加优异,其刚度和比刚度分别增长了17.8%和16.2%,吸能量和比吸能量分别提高了10.8%和10.36%。所提出的SG-FCC点阵结构弹性模量理论模型与试验和有限元分析结果相比吻合较好,误差小于10%,可用于SG-FCC点阵结构的刚度预测;当梯度因子为1.5时,SG-FCC点阵结构的刚度性能较好;当梯度因子为3时,SG-FCC点阵结构的吸能性能较好。该研究可为集高刚度和大吸能性能的轻质化结构设计和工程应用提供参考。 展开更多
关键词 梯度面心立方点阵结构 弹性模量 压缩性能 梯度因子 有限元分析
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SLM成型316L体心立方点阵结构力学性能优化
14
作者 江尧峰 许明三 +3 位作者 曾寿金 叶建华 韦铁平 谢伟鹏 《塑性工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期178-186,共9页
为获得选区激光熔化成型力学性能更为优异的体心立方点阵结构模型,综合考虑多种结构参数的交互作用,通过响应曲面法分析了单胞杆径、杆长和杆倾斜角度等结构参数对点阵结构力学性能的影响。建立了结构参数与抗压强度及弹性模量关系的数... 为获得选区激光熔化成型力学性能更为优异的体心立方点阵结构模型,综合考虑多种结构参数的交互作用,通过响应曲面法分析了单胞杆径、杆长和杆倾斜角度等结构参数对点阵结构力学性能的影响。建立了结构参数与抗压强度及弹性模量关系的数学模型,进而优化得到最佳结构参数并进行试验验证。结果表明,单胞杆径对力学性能影响最大,随着单胞杆径的增大,点阵结构抗压强度与弹性模量增大,抗压强度最大为241.86 MPa,弹性模量最大为4.384 GPa。优化得到最佳结构参数为杆径Φ1.5 mm、杆长3 mm、杆倾斜角度60°,测得抗压强度为341.129 MPa,弹性模量为5.535 GPa,与优化前相比,抗压强度提高了41.044%,弹性模量提高了26.255%。与预测值相比,抗压强度与弹性模量的误差分别为2.194%和3.082%,两者相差很小,力学性能得到一定的提升。 展开更多
关键词 选区激光熔化 BCC点阵结构 响应曲面法 抗压强度 弹性模量
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连续纤维增强复合材料点阵结构成型工艺研究进展
15
作者 冉旭东 黄树海 +3 位作者 张鹏 韩振宇 周少兰 陈强 《材料导报》 CSCD 北大核心 2023年第19期243-254,共12页
连续纤维增强复合材料(Continuous fiber reinforced polymer composite,CFRP)具有比刚度与比强度高等优势,在航空航天、汽车电子及国防军工等领域得到了广泛的应用和关注。其中,复合材料点阵结构具有极高的结构效率,被广泛使用在轻质... 连续纤维增强复合材料(Continuous fiber reinforced polymer composite,CFRP)具有比刚度与比强度高等优势,在航空航天、汽车电子及国防军工等领域得到了广泛的应用和关注。其中,复合材料点阵结构具有极高的结构效率,被广泛使用在轻质夹层结构中,发挥承载结构载荷的关键作用,但是因其结构复杂,大规模一体化制造轻质点阵仍是困扰科研人员的技术难题。本文介绍了连续纤维增强复合材料二维点阵、三维点阵结构的成型工艺,重点分析了不同点阵结构的成型工艺流程、工艺特点及结构破坏形式,综合对比各成型工艺优势与不足,对连续纤维增强复合材料点阵结构成型工艺进一步发展进行了展望。 展开更多
关键词 连续纤维增强复合材料 点阵结构 成型工艺
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基于应变能动态聚类的梯度点阵结构优化设计
16
作者 梁有鹏 徐亮 钱征华 《南京航空航天大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期58-66,共9页
为了优化具有空间渐变几何特点的梯度点阵结构,促使有限材料在宏观结构中实现合理分布,提出结合动态聚类的两尺度并发拓扑优化方法。在整个优化过程中,微结构分区方式可以通过K-means聚类方法基于当前的宏观单元应变能进行聚类更新,获... 为了优化具有空间渐变几何特点的梯度点阵结构,促使有限材料在宏观结构中实现合理分布,提出结合动态聚类的两尺度并发拓扑优化方法。在整个优化过程中,微结构分区方式可以通过K-means聚类方法基于当前的宏观单元应变能进行聚类更新,获得比静态分区更为合理的微结构分布方式;并引入微结构转角变量,根据结构主应力方向来布置微结构转角,获得更为合理的宏观结构传力路径。数值算例表明,相较于传统指定材料区域的静态分区方法,该方法可以更为有效地进行材料分布,充分利用材料的各向异性,提升结构性能。 展开更多
关键词 梯度点阵结构 拓扑优化 动态聚类 K-means方法 映射方法
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变体分比功能梯度点阵结构两尺度拓扑优化设计
17
作者 梁有鹏 徐亮 +1 位作者 刘电子 钱征华 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期339-347,共9页
功能梯度点阵结构以其轻质、高比强度/比刚度及高抗断裂韧性等诸多优越的性能受到广泛关注,由于其跨尺度及空间渐变的几何结构特点,目前功能梯度点阵结构的设计仍然是一项具有挑战性的任务.本文采用两步优化策略进行多分区功能梯度点阵... 功能梯度点阵结构以其轻质、高比强度/比刚度及高抗断裂韧性等诸多优越的性能受到广泛关注,由于其跨尺度及空间渐变的几何结构特点,目前功能梯度点阵结构的设计仍然是一项具有挑战性的任务.本文采用两步优化策略进行多分区功能梯度点阵结构刚度优化设计.(1)结合离散材料优化方法进行多分区离散材料优化,获得宏观均匀结构拓扑及合理的微结构分区.(2)进行空间梯度变化点阵结构参数优化,进一步扩大设计空间,获得变体分比的结构设计.相较于单一点阵微结构设计,两步优化策略可以更为有效地实现材料利用,显著提高结构刚度,且该方法适用于不同微结构构型,数值算例验证了该方法的有效性. 展开更多
关键词 拓扑优化 梯度点阵结构 DMO 变体分比
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内燃机活塞点阵结构可靠性拓扑优化设计
18
作者 陈建良 赵清海 +1 位作者 李信卿 张洪信 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期91-97,共7页
针对内燃机活塞轻量化设计问题,提出一种基于可靠性拓扑优化的活塞点阵结构设计方法,分解为可靠性分析和确定性拓扑优化两部分分别进行求解。考虑以最小化质量为目标函数、最大应力为约束条件,建立活塞点阵结构可靠性拓扑优化数学模型... 针对内燃机活塞轻量化设计问题,提出一种基于可靠性拓扑优化的活塞点阵结构设计方法,分解为可靠性分析和确定性拓扑优化两部分分别进行求解。考虑以最小化质量为目标函数、最大应力为约束条件,建立活塞点阵结构可靠性拓扑优化数学模型。根据一次二阶矩方法将失效概率约束转变为可靠性指标约束,进而将随机变量转化为标准正态变量,根据随机变量相对于性能指标的敏度信息,进行随机变量修正并进行确定性拓扑优化设计。最后,以某型发动机活塞为例,进行确定性点阵设计与可靠性点阵设计对比研究。结果表明,相较于确定性设计,可靠性活塞点阵模型在考虑随机变量的影响下,性能更加可靠;且其质量相较于原活塞模型降低11.8%,满足活塞轻量化的设计需求。 展开更多
关键词 内燃机活塞 点阵结构 拓扑优化 可靠性分析 轻量化设计
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射流熔融3D打印桁架点阵结构的力学性能研究
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作者 王轩玉 李楠 +1 位作者 乌日开西·艾依提 贾儒 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1254-1258,共5页
通过组合叠加方法设计了七种桁架胞元构型,并采用射流熔融(Multi Jet Fusion,MJF)3D打印技术制备具有相同孔隙率的点阵结构试样,通过单轴压缩实验和有限元模拟,分析不同点阵结构的力学性能、变形模式及吸能能力。研究发现,七种结构在压... 通过组合叠加方法设计了七种桁架胞元构型,并采用射流熔融(Multi Jet Fusion,MJF)3D打印技术制备具有相同孔隙率的点阵结构试样,通过单轴压缩实验和有限元模拟,分析不同点阵结构的力学性能、变形模式及吸能能力。研究发现,七种结构在压缩过程中都经历了线弹性阶段、平台应力阶段和致密化阶段,其中以弯曲为主导型的SBO型点阵结构变形过程相对平稳,其平台应力(σ_(pl)=2.76 MPa)和平台应变区间长度(23%~72%)高于其他点阵结构,累积吸能值达到702 J/mm^(3),表现出优异的力学性能和吸能能力。 展开更多
关键词 3D打印 射流熔融技术 桁架点阵结构 力学性能 能量吸收
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超点阵结构储氢合金研究进展
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作者 邓安强 罗永春 +5 位作者 袁远 康晓燕 周健飞 谢云丁 沈秉金 王悦 《材料导报》 CSCD 北大核心 2023年第17期178-186,共9页
超点阵结构储氢合金是近20年来储氢材料领域的研究热点。本文详细综述了常见超点阵晶体结构的演变规律,超点阵结构由Laves结构单元和CaCu5结构单元在c轴堆垛而成,该结构均可由CaCu5结构经过元素替代和平移而获得,有六方2H和菱方3R两种... 超点阵结构储氢合金是近20年来储氢材料领域的研究热点。本文详细综述了常见超点阵晶体结构的演变规律,超点阵结构由Laves结构单元和CaCu5结构单元在c轴堆垛而成,该结构均可由CaCu5结构经过元素替代和平移而获得,有六方2H和菱方3R两种晶体结构类型。文章综述了典型超点阵结构储氢合金的研究进展、超点阵结构合金关键元素占位和亚结构单元体积调控机制。合金电极电化学循环稳定性与电化学循环过程中合金结构演变和相应的表面腐蚀行为等方面有关,文章同时综述了改善超点阵结构合金储氢行为和电化学性能的途径,并对未来超点阵结构储氢合金的发展进行了展望。对超点阵结构储氢合金成分-结构-性能-服役性能的深层次理解有助于开发高性能超点阵结构合金电极材料。 展开更多
关键词 超点阵结构 储氢合金 储氢行为 电化学性能
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