基于扫描轨迹控制的电子束加工技术

在通用真空电子束焊机的基础上配置两对电子束偏转线圈、工控机(IPC)、NI多功能数据采集卡、功率放大器以及虚拟仪器软件LabVIEW,构建一个电子束扫描控制系统.利用该系统可对电子束扫描轨迹、扫描频率以及加热区域电子束能量密度的分配进行离线编辑,以及对扫描轨迹、电子束束流进行实时调节和控制.使用该系统进行了不锈钢毛细管板结构的钎焊试验;对铌钛异种合金采用不对称热输入的扫描加热方式进行焊接;对于不能直接焊接的异种金属(如Re-Ti),可使用本系统的扫描加热技术,通过粉末冶炼制备中间过渡层.     

钼-铌合金原料品质对单晶制备的影响

主要讨论了钼-铌合金原料品质,包括烧结条的制备、原料的化学成分、原料棒的尺寸规格等对单晶制备的影响。结果表明:高温真空烧结钼-铌合金烧结条由于C、O等杂质含量过高,在20 kW电子束悬浮区域熔炼炉上区域熔炼时未能直接生长制备出单晶,但其经过两次电子束熔炼获得的Ф(12~17)mm原料棒C元素质量分数降为6.3×10-3%、O元素质量分数降低了近2个数量级,仅为1.4×10-3%,能稳定地生长制备出Ф31 mm×735 mm的大尺寸钼-铌合金单晶,而直径超过Ф18 mm或小于Ф11 mm原料棒在区域熔炼时未能获得钼-铌合金单晶。     

材料及其“三束”改性技术的发展（上）

对智能材料、功能梯度材料、环境材料的制备和应用,采用激光束、离子束和电子束改变材料表面性能的工艺特性作了详细的介绍和展望。     

赝火花脉冲电子束烧蚀制备纳米薄膜

类似于脉冲激光束烧蚀法制备薄膜 ,利用纳秒赝火花脉冲电子束与靶材料相互作用 ,通过靶材料的瞬间熔化、蒸发或以团簇抛出的方式 ,在低温衬底上重新成核、凝结 ,得到了与靶材的化学计量比相同的薄膜。讨论了材料烧蚀和沉积过程中出现的诸多现象 ,并给出高分辨电子显微镜、X射线衍射、光电子能谱分析等方法的测试结果。研究表明 ,由于赝火花脉冲电子束高功率密度 (10 9W cm2 )的瞬态烧蚀作用 ,为研究和制备多元素氧化物薄膜、难熔金属多层膜或氧化物 金属多层膜提供了一种新手段     

TC4合金的电子束冷床熔炼研究

由于电子束冷床熔炼的高真空引起TC4合金中的Al元素挥发损失,不利于控制铸锭Al含量。本文研究了TC4合金在500 kW电子束冷床炉上的熔炼工艺。结果表明,熔炼过程中,Al的挥发损失最为严重,为12%-22%。铸锭的宏观组织均匀,结晶晶粒为从外向内向上的柱状晶,铸锭心部是等轴晶。所生产的TC4铸锭经锻造加工,棒材力学性能符合国家标准。生产TC4铸锭的合适工艺为：原料中的Al质量分数应控制在7.0%-7.5%,熔炼功率为250 kW,熔化速度为100 kg/h。     

TZM合金组织及性能研究

采用非自耗电弧熔炼和电子束熔炼的方法制备了TZM合金锭,研究了Zr元素含量变化对合金组织和力学性能的影响,探索了合金的高温抗氧化性能.研究发现,TZM合金显微组织由Mo固溶体基体和第二相颗粒组成,由于固溶强化和弥散强化,合金在1250℃的压缩强度大于400MPa,是纯Mo的近4倍,而且当Zr含量为0.08%(质量分数)时,压缩强度最高.采用包埋渗法在TZM合金表面涂覆Al-Si涂层能明显改善合金的抗氧化性能.     

EB-PVD法制备微层材料的研究

简要介绍了用于电子束物理气相沉积的设备及其发展，阐述了利用该技术制备微层材料的优点，同时对制备工艺和相应的材料性能作了详细的介绍，并指出使用电子束物理气相沉积技术制备微层材料具有广阔的发展前景。     

等离子熔射制备功能梯度涂层及其应用进展

介绍了功能梯度材料的概念及其应用前景,分析了几种功能梯度材料制备方法的优缺点,重点介绍等离子熔射制备功能梯度材料的工艺过程和应用进展。     

航空发动机热障涂层材料体系的研究

介绍了热障涂层的结构、陶瓷表层材料和中间粘结层的材料发展趋势。热障涂层的结构已由经典的双层结构向成分、结构连续变化的梯度结构发展,涂层的寿命有明显的提高。制备方法中电子束物理气相沉积技术具有明显优势。热障涂层表层材料的最佳成分是(质量百分数6%～8%)Y2O3部分稳定的ZrO2陶瓷材料。粘结层体系发展的一个重要趋势是能同时保证力学性能和抗氧化性能的低Al含量NiCoCrAlY。     

Nb-10Si合金室温断裂韧性研究

利用真空电弧熔炼制备了处于亚共晶区的Nb-10Si-xMo(x=5,15)复合材料,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了在1200℃退火100h后复合材料的微观组织形貌、相组成和断口形貌,并测定了Nb-10Si-Mo复合材料的显微硬度。用单边切口悬臂梁法(SENB)研究了加入合金元素后复合材料室温韧性的变化。深入分析了合金元素对材料韧性相变形行为和复合材料室温断裂韧性的影响。     

民用客机应急断离结构适航符合性研究及应用

应急断离结构能显著提高民用客机应急着陆的安全性.基于应急断离结构的适航要求,对民用客机应急断离结构的完整性和功能性进行了适航符合性研究.通过分析民用客机应急断离结构在各设计阶段的主要任务,建立了应急断离结构设计的适航验证流程.基于对适航符合性理论的研究,提出了一种新的民用客机应急断离结构适航符合性实施方法,结合工程实例并利用ABAQUS二次开发技术对应急断离结构进行快速设计的方法,为民用客机应急断离结构设计提供了一种新的验证思路及实施方法.     

一种特殊梯度分布的功能梯度矩形板弯曲问题解析解

研究了一种特殊梯度分布功能梯度材料矩形板弯曲问题。假设材料的弹性模量在板厚度方向上呈幂函数分布,泊松比为常数,引入PLEVAKO解,利用分离变量法,导出四边简支功能梯度材料矩形板弯曲问题的解析解。通过算例分析了材料组分变化时,功能梯度板应力和位移的变化规律。结果显示不同梯度分布板结构中的应力、位移的变化规律是不同的,有时甚至差别很大。该方法为发展针对功能梯度材料特点的数值算法和简化理论提供依据。     

等参梯度有限元应用于非线性梯度材料的研究

将等参梯度有限元法应用于非线性功能梯度材料,推导了2种受力情况下指数体积分数变化的功能梯度材料的应力分布解析解。通过不同的单元划分形式,对等参梯度元数值解、均匀单元数值解及解析解三者进行比较分析,得出等参梯度有限元方法对非线性梯度材料同样适用,为等参梯度有限元的推广应用提供了证据。     

功能梯度材料的有限元方法研究

针对功能梯度材料这种新型材料,提出了采用等参梯度元建立有限元模型的方法。推导了两种受力情况下各相同性功能梯度材料薄板的应力解析解。在实例运算中,通过梯度单元数值解与解析解及传统均一单元数值解的比较分析,验证了功能梯度材料采用等参梯度元建立有限元模型的有效性,对功能梯度材料的进一步研究具有一定的指导意义。     

Al2O3—Ti系梯度功能材料的优化设计

对Ａｌ３Ｏ３－Ｔｉ系梯度功能材料在制备过程中产生的残余热应力进行了弹性有限元法分析。讨论了梯度层数目,梯度层厚度和成分梯度指数对应力大小和分布的影响,优化出了各项最佳参数。非线度功能材料与优化后的梯度功能材料的残余热应力对比结果显示;梯度功能材料缓和热应力的效果十分显著。     

弹塑性梯度材料热机耦合分析的有限元方法

陶瓷/金属功能梯度材料(FGMs)的组份及性能梯度分布,在航空航天高温热结构中有重要应用。材料性能在空间上的连续变化给这类结构强度设计的有限元分析造成了一定困难,针对上述问题,提出一种热弹塑性梯度有限元方法。该方法通过编写有限元软件ABAQUS的材料用户子程序(UMAT)来实现,在UMAT中将FGMs的弹塑性本构模型参数定义为空间坐标的函数;用热弹塑性梯度有限元方法对陶瓷-FGMs-金属典型的三明治板结构进行热机械分析。结果表明:FGMs组分布函数对其热应力分布有很大的影响,特别是在三明治结构的界面上,影响更为突出,这和现有文献的实验结果相符。     

基于固体壳单元的功能梯度材料板壳主动控制模拟仿真

基于假定自然应变法和加强假定应变法,推导了一用于压电层合FGM壳静、动态主动控制模拟的固体壳单元,该单元既可用做实体单元,又可模拟薄曲壳结构,在厚跨比非常小的情况下也能获得令人满意的精度.FGM壳的性能沿厚度方向按一定体积分数幂指数分布,并具有温度相关性,通过改变幂指数n,研究了组分材料体积分数对FGM壳力学性能的影响.采用闭环速度反馈控制算法来模拟压电层合FGM壳的静、动态响应的主动控制,算例表明了算法的有效性.     

基于有限元法功能梯度材料零件自适应切片算法

 快速原型制造技术采用分层和材料逐点或逐线堆积加工零件,适合加工每层内或每层间材料有变化的非均质材料零件。分层切片是快速原型制造中非常重要的组成部分,尤其自适应切片是保证零件成型质量和提高快速原型制造效率的有效手段。综合考虑几何信息和材料分布信息,针对基于有限元法的功能梯度材料零件模型几何和材料表达特点,以零件表面外法线,材料变化梯度及材料分辨率为计算层片厚度的依据,对功能梯度材料零件快速原型制造中的自适应切片算法进行了研究。最后给出了分层实例,验证算法的正确性。     

基于能量的电磁轴承系统建模及控制方法研究

通过介绍电磁轴承的基本组成,针对电磁轴承系统中的大范围稳定问题,在考虑线圈电感的非线性的情况下,从能量的角度对系统进行了非线性建模。并在构建李雅普诺夫函数及理论分析的基础上提出了基于能量的控制器方法。与传统的PID控制进行仿真对比后,得到了一组可使电磁轴承大范围稳定的参数范围。结果表明,这种方法为非线性控制提供了设计基础,在获得满意的动态响应方面是可行的。     

基于混合率模型的功能梯度材料火箭壳体振动特性分析

为了研究功能梯度材料(Functionally Graded Material, FGM)火箭壳体的振动特性,本文发展了一种基于混合率模型的FGM材料性能计算方法。首先,对FGM壳体的材料分布特征进行了分析研究,建立了统一的材料公式模型,可表征材料性能沿厚度方向变化规律不同的多种FGM材料模型。其次,建立了FGM壳体材料的几何分层模型,基于混合率法则推导得到了宏观等效的正交各向异性材料性能参数表达式,并讨论了分层数对预测结果的影响。然后,将该方法用于带孔平板、圆柱壳体、锥形壳体和球形壳体的振动分析,计算结果与相关文献结果具有较好的一致性,最大误差不超过2.33%,表明本文方法具有较高的精度。最后,将本文方法成功用于FGM火箭壳体的振动特性分析,针对材料性能沿厚度方向的几种不同分布模式,计算了FGM火箭壳体的前10阶固有频率和振动模态。