微幅往复走丝微细电解线切割试验研究

 微细电解线切割是一种新型的微细加工技术,适合高精度金属窄缝、窄槽等微细结构的加工,由于加工间隙内电解产物排出困难,容易影响加工精度。为了提高产物排出效率,提出线电极微幅往复走丝促进加工间隙内电解产物排出的方法,改善了加工稳定性,提高了加工精度和加工效率。建立了间隙内电解产物排出效率对加工精度、加工速度影响的数学模型,分析了线电极走丝速度和走丝幅值对间隙内电解产物排出和电解液更新的影响。通过试验研究了线电极的走丝速度和走丝幅值对加工精度和加工效率的影响规律,采用优化参数在厚度为80 μm的钴基弹性合金上进行微槽结构加工,底面粗糙度约为0.45 μm,倒角半径小于8 μm。结果表明线电极轴向微幅往复走丝可以有效地提高加工质量和加工效率。     

增强相分布方式对复合材料有效力学性能的影响

针对增强相在基体材料中的分布方式的不同,建立了一个研究复合材料有效性能的细观力学模型.该模型由固体基体和增强相两相介质组成,假设细观结构呈周期性均匀分布.采用直接平均法和二尺度展开法计算了复合材料的有效性能,得出了不同微结构分布的复合材料横向弹性模量、泊松比和剪切模量随增强相材料体积分数比的变化曲线,其变化规律与实验数据吻合较好.研究表明在较大体积分数比下,增强相的分布直接影响到复合材料的弹性刚度.     

样品位置对碳材料XRD测试结果的影响

为研究样品测试表面位置对碳材料XRD衍射峰特征和微结构的影响,采用θ-θ模式运行的X射线衍射仪对块状中间相沥青基碳材料进行了表征,并分析了测试样品表面高低对XRD衍射峰峰形和碳材料微结构参数的影响.结果表明:测试样品表面位置对碳材料的衍射峰峰形和碳材料微结构参数产生很大影响,主要表现为衍射峰强度显著降低、峰位置有较大偏移、峰半高宽有较大变化,造成了根据这些参数计算的碳材料微结构参数有较大变化.这些影响与X射线衍射仪的工作原理有关,因此在利用XRD测试样品时需要严格控制样品表面在标准测试位置上.     

基于导热性能的复合材料微结构拓扑优化设计

基于均匀化理论和拓扑优化技术,提出了复合材料稳态导热性微结构构型的设计方法。根据均匀化理论给出的周期性材料微结构(单胞)等效导热系数的计算公式,结合有限元分析手段对单胞的等效导热系数求解;定义设计区域内微结构每个单元的导热系数为伪密度设计变量,约束材料用量,分别以材料微结构某个方向导热性能最好为目标和宏观结构的散热性能最佳为目标;采用实体各向同性惩罚函数法(SIMP)构造单胞拓扑结构优化数学模型,导出材料等效导热系数的灵敏度计算公式;采用凸规划对偶求解与周长控制约束相结合进行拓扑优化并获得了优化的微结构构型,数值算例结果验证了所提出的拓扑优化方法可以有效地进行复合材料微结构的导热性能设计。     

轻质材料与结构的一体化设计

针对多孔材料微结构构型的可设计性,基于材料多尺度均匀化计算理论,提出以宏观结构最大刚度为目标,材料微结构构型为变量的材料与结构一体化设计新方法,实现了材料宏观布局设计与材料微结构精细设计的统一。采用凸规划对偶优化求解技术与二次型周长约束格式相结合的途径,实现了快速求解与材料分布棋盘格效应的控制。数值计算结果表明,在材料用量一定的情况下,本方法能有效地实现蜂窝结构及夹层结构的拓扑优化设计,为满足极端环境下航空航天结构的设计需求提供了新的设计思想。     

基于光切法的微结构三维尺寸测量

针对微机械结构加工特点及其对相应测量技术所提出的特殊要求,运用光切法对三维微结构尺寸测量（尤其是高度尺寸）进行了实验研究和理论分析,阐明了其可行性与潜在优势。     

中层小尺度风切变的观测

十个中层大气风剖面于1988年夏季在北欧的Andφya(69°N)上空用装有铝箔的火箭测得。使用了一种新型铝箔,使其测量的高度范围覆盖103-85km,测量的高度分辨率为25m.观测的风切变剖面显示了一多层结构,一般由3-9个切变层组成,切变层厚度通常小于200m.观测到高达40-90m/s/km的强风切变,且如此大的切变存在于所测区间内不同高度上。在一个连续测量的五个风切变剖面中,有寿命至少2.5小时,相位向下运动速度为0.4m/s,以及最大切变振幅为180m/s/km的强风切变,显示了稳定和持续特性。      

自由曲面结构磁性抛光去除试验研究

磁性抛光因柔性工具的工件表面适应性高而具有较好的应用潜力。自行设计抛光工具头,制备磁性抛光体,搭建试验平台,并对不锈钢平面工件进行定点抛光试验,平均去除效率为0.231μm/10min,且工件表面质量得到了很大的改善,验证了该磁性抛光方法的可行性。继而对两种自由曲面结构工件进行抛光:一是采用工具头水平移动式、工具头等高线移动式两种不同的抛光进给运动方式对不同曲率的不锈钢工件进行抛光去除试验,试验证明:两种抛光方式对每个曲率的轮廓均有去除能力,去除量在0.14~1.33μm之间;二是对3D打印的光敏树脂微结构自由曲面定点抛光,单位时间去除效率在8.957~12.587μm/10min之间,且改善了轮廓的光滑度。初步试验表明,磁性抛光方法对两种自由曲面结构均有一定的去除能力,可进一步探索磁性抛光技术应用于自由曲面结构确定性抛光。     

TiN薄膜微结构激光加工特性的研究

利用光纤激光加工系统研究了两个激光加工参数(扫描速度和激光功率)对TiN薄膜加工特性的影响,并采用白光干涉仪分析了两组参数对加工直线槽的槽深、堆积高度和槽底表面粗糙度的影响趋势,通过对比分析,优化了加工参数。结果表明光纤激光器在加工TiN薄膜微结构上存在着效率高、精度高的优势。     

未来功能复合超材料研究与应用

先进复合材料是目前航空航天结构主要材料之一,其用量已经成为航空航天结构最重要的先进性标志。阐述了未来功能复合超材料的定义、理论结构以及应用现状和前沿技术,解释了其对传统功能复合材料的颠覆性意义。最后总结了该材料具有的若干特点并讨论了未来的发展趋势。