金属增材制造监测与控制技术研究进展

金属增材制造技术凭借其柔性化定制能力和复杂构件成形优势,有望成为提升航天领域设计与制造能力的一项关键核心技术,但现阶段该方法仍然存在制造过程稳定性不足、制造质量实时检测困难、工艺参数实时调节技术成熟度有待提升等问题。本文从增材过程信息感知、增材工艺优化决策、质量优化控制发展趋势三方面详细阐述了金属增材制造监测技术的研究进展,论证了高性能结构件增材成形过程中工艺变量-过程参量-成形质量调控的发展必要性,并就增材过程监测技术的发展趋势做出了思考与展望。     

金属增材制造技术

金属增材制造技术作为3D打印技术的一个重要分支,在20余年的发展中取得了显著的进展。文中简要回顾了金属增材制造技术的历史溯源,重点从制件组织结构、制件性能、制件微观缺陷、成形工艺等方面分析了针对钛合金、镍基高温合金等常用材料的增材制造技术研究新进展,探讨了增材制造技术发展所面临的技术问题以及需要重点考虑的发展方向。     

残余应力对零件加工精度的影响分析与工艺改进——以钳工加工燕尾槽为例

钳工加工过程中,残余应力引起的变形是很难避免的。残余应力引起的变形主要是加工过程中产生热应力和机械应力所导致。分析钳工加工燕尾槽的工艺过程,对不同加工工艺试样对比分析发现残余应力会在加工结束后使工件结构的变形大小不同。采用应力预释放法可以明显降低残余应力对工件质量的影响。     

改进剥层应变法测量铝合金预拉伸厚板内部残余应力分布

铝合金预拉伸板已广泛应用于航空整体结构件的制造,其内部初始残余应力引起的加工变形已严重制约新型飞机的研制和生产。测量残余应力的方法很多,但一般只能测量工件的表面和浅表层,而厚板内部残余应力测量一直是工程中的难点。文中针对铝合金预拉伸厚板的特点,提出了测量其内部残余应力的方法,并运用弹性力学理论进行了理论推导,得到了应力-应变关系矩阵。用该方法测量了7050T7451铝合金厚板内部残余应力,并对测试结果进了分析和比较。结果表明,本文提出的方法有效地解决了厚板内部残余应力测量的难题,有较高的工程应用价值。     

圆柱螺旋弹簧中的残余应力及疲劳强度计算

弹簧中的残余应力对弹簧强度的影响很大。本文推导了绕簧后残余应力的计算公式,讨论了绕簧和喷丸后残余应力的松弛,提出了圆柱螺旋弹簧疲劳强度计算的建议及残余应力的测定方法。     

大口径高精度复合材料反射器制造技术

为满足星载碳纤维蜂窝夹层结构天线反射器的大口径、高精度要求,提出了一种基于设计、工艺和测量的高精度反射器制造方法。该方法通过高热稳定性、高精度模具来提高反射面形面精度,通过蜂窝拼接来降低反射面固化时残余应力,通过高低温时效来降低固化后反射器部件残余应力,通过优化测量方法来提高反射器测量精度。实测结果表明,该技术能有效提高反射器制造精度和改善反射器热变形。     

金属构件选区激光熔化增材制造控形与控性的跨尺度物理学机制

激光增材制造逐点、逐线、逐域的局部成形特性,要求对金属构件激光增材制造过程进行微观—介观—宏观跨尺度的控形与控性,以实现对球化、孔隙、变形及裂纹等典型冶金缺陷的有效调控。本文针对难加工铝合金构件选区激光熔化精密增材制造,在介观尺度揭示了金属粉末激光熔化/凝固的热力学行为及球化效应形成与抑制机理,在微观尺度明晰了金属激光熔池内部熔体表面张力对气泡运动及熔体致密化的作用机制,在宏观尺度提出了金属构件选区激光熔化的热作用机制及构件内应力形成和变形行为。本文为高性能复杂金属构件激光增材制造的控形与控性提供了物理学基础及关键工艺调控方法。     

零泊松比蜂窝结构一维变形行为

为满足柔性蒙皮的变形需求,针对一种适用于柔性蒙皮的零泊松比蜂窝结构开展了一维变形行为的研究。首先通过考虑蜂窝胞壁轴向变形及弯曲变形,基于能量法建立了零泊松比蜂窝结构的等效弹性模量理论模型,并分别应用数值分析和试验方法验证了理论模型的正确性。然后分别以铝合金和钢材为基体材料,利用数值分析方法进一步分析了零泊松比蜂窝结构的非线性变形行为,并获得了蜂窝结构的变形量与残余应变的关系。结果表明:蜂窝变形过程中的力学行为与结构的几何参数以及母材的选择有关。因此,可以通过改变蜂窝结构的几何参数,实现蜂窝结构驱动力及残余应变的调节;同时,在选择基体材料时,为兼顾"面内"刚度和"面外"承载能力,不仅应该选用杨氏模量小的材料,减少其驱动力,还应该选用弹性段大的材料,减小残余变形。     

固相搅拌摩擦沉积增材制造技术研究进展

搅拌摩擦沉积增材（Additivefrictionstirdeposition,AFSD）是一种先进的固相增材制造（Additive manufacturing, AM）技术。与传统基于熔融的增材制造技术相比,它具有增材结构致密、材料低变形和过程高效节能等优势,在航空装备制造、交通运输、机械制造等领域拥有广阔的应用前景。本文综述了AFSD技术的原理、优势、组织演变特点和应用情况。重点介绍了AFSD过程中“工艺条件-微观组织-力学性能”相关性的研究现状,沉积材料力学性能受材料流动状态、界面连接机制、微观组织演变情况的综合影响。列举了AFSD技术在大型构件整体制造、高性能涂层、表面缺陷修复等领域的应用。最后,对AFSD技术进行了展望,指出该技术在工艺与组织变化耦合、原位变形条件模拟、工具头设计和新材料增材等方面需进一步研究和突破。     

拉伸装夹对航空框类零件加工变形影响的有限元分析

拉伸装夹可以改变已加工零件表面的残余应力分布状态,使其向残余压应力的方向转化,这对于提高航空零件的疲劳性能非常有益。但是,对于航空薄壁件来说,由于其结构刚性差,装夹方式不当易引起较大的加工变形,从而影响到其加工精度。本文采用有限元分析方法,模拟分析了拉伸装夹方案对薄壁件加工变形的影响。在保证已加工表面产生所需残余压应力的前提下,从控制薄壁件加工变形的角度出发,对拉伸装夹方案进行了优化。结果表明,采用拉伸装夹对于框类零件加工同样适用,为减小加工变形,拉具和拉撑间距应尽量大,拉伸力尽可能小,拉伸位置尽量放在刚性较强的面上。     

基于UNIX System V流机制的串行口通信程序的设计与实现

流（ＳＴＲＥＡＭＳ）机制，是ＵＮＩＸ系统中用户进程到设备（伪设备）之间的一条全双工数据通路，它为字符处理、网络服务和数据通信等驱动程序的设计提供模块化手段。本文概要介绍了流机制的组成及原理，着重讨论了用流机制实现ＵＮＩＸ设备驱动程序的方法，在ＳＣＯＳｙｓｔｅｍＶＵＮＩＸ系统中设计并实现了基于流机制的带ｍｏｄｅｍ控制的串行口驱动程序，最后讨论了串行口通信的数据传输控制及串行口通信程序的应用。     

零电压开关PWM变压整流器

讨论了ＰＷＭ式变压整流器和谐振式变压整流器的优缺点，在此基础上，提出了一种零电压开关ＰＷＭ变压整流器。它是ＰＷＭ技术和零电压开关准谐振技术相结合的产物，其特点是功率开关器件的开关转换过程中采用零电压开关准谐振技术，即功率开关器件工作于零电压开关状态──软开关状态下，而能量传输的主要形式采用ＰＷＭ技术，故具有ＰＷＭ式变压整流器和谐振式变压整流器的优点。文中介绍了该变压整流器的电路结构及工作原理，着重分析了其关键部分──全桥零电压开关ＰＷＭＤＣ－ＤＣ变换器的工作过程和设计方法。该变压整流器具有体积小、重量轻、效率高、性能好、输出电压稳定度高的优点。     

基于WEB的产品营销管理系统

以企业CIMS系统实施过程中营销管理系统的设计与开发的背景，分析了目前我国大，中型企业的经营管理式和在营销活动中普遍存在的问题。提出了一种基于WEB的企业营销解决方案，以合同和协议为线索，把营销活动中的各个环节有机地串联起来，实现了产品和经销商的动态管理，本文还提出一种基于WEB的产品售后服务系统模型，论述了故障模式，产品档案和产品售后服务故障识别及处理，并介绍了层次分析和基于知识库的用户服务决策方法。     

空气动力学与航空飞行器

本文简述了当今航空飞行器的发展概貌;回顾并剖析了空气动力学在航空飞行器发展过程中的重要作用;最后,对今后的发展前景作了展望。     

TW-1拖靶缆绳张力与形状参数的计算

本文通过拖靶平衡受力分析,得到拖靶放出后,稳定飞行时平衡攻角的近似计算公式。并通过缆绳微元受力分析,求得缆绳张力与飞行速度、高度及缆绳长度关系的计算公式及给出缆绳形状参数的计算公式。运用本文提供的公式计算出的MK3靶的缆绳张力曲线与实际测量之张力曲线吻合较好。因此,运用本文提供的公式进行了TW-1拖靶缆绳的设计及计算,取得了可信的依据,完全满足工作设计要求。     

数值计算数据的流动显示模拟

在风洞试验中，光学流动显示技术是揭示流场特性的重要手段，为了把数值计算数据与流场显示结果进行直接比较，利用可视化技术把数值计算数据转化成阴影、纹影和马赫干涉条纹图像。首先根据有关研究结果和平面流动的特点，导出适于产生计算流场图像的关系式，重新计算流场数据，然后将导出的数据进行颜色编码。为了使图像效果良好、图像生成速度快，还介绍了一种自行设计的，时空效率较高的颜色编码算法。     

基础橡胶垫、滑移和混合隔震房屋的动力特性分析

为了对采用叠层橡胶隔震垫、滑移隔震垫和混合隔震垫的这三种基础隔震结构体系在隔震方面的作用和效果有一个综合的认识和理解，本文对这三种基础隔震垫分别建立了力学计算模型和运动微分方程，并且编制了相应的动力反应时程分析程序。通过工程算例，对比固定结构与隔震结构由于结构的支承条件不同所引起的不同的动力反应，由于隔震结构大大地降低了结构对地震动的反应，从而证实了隔震的有效性。同时，通过分析上述三类隔震结构在地震动下动力反应的基本特点，对比了 三类基础隔震结构在隔震作用方面的不同效果及其优劣性，从而为实际工程选择适合的隔震方式及其参数提供参考。     

虚拟仪器技术及其在材料加工中的应用

虚拟仪器技术是仪器技术和计算机技术相结合的产物，虚拟仪器是一门新兴的交叉型学科。本文阐述了虚拟仪器的概念，构成及在材料加工中的应用。     

铜镉污染对海州香薷种子萌发的影响

以海州香薷种子为试材,研究了铜镉污染对种子萌发的影响。结果表明,在实验所选的胁迫浓度范围内,单一铜污染时,海州香薷种子发芽率随着Cu2+浓度的升高,先升后降,在20mg/L Cu2+处理时出现了毒性兴奋效应现象。铜镉污染对海州香薷幼苗苗长和根长的抑制作用极显著。根据综合效应指标,铜镉复合污染对海州香薷种子萌发的影响表现形式为铜、镉的协同作用。     

微量天平校准装置及精度分析

装置适用于风洞应变式微量天平六分量精密静态校准。通过高精度复位工件台和电视测量实现了微量天平的五分量体轴校;应用力的精密传递与转换实现了微量载荷在水平方向的准确加载。对三分量天平的综合加载精度以及影响因素进行了分析,同时还给出了该设备对三分量微量天平校准的结果,并与其他设备校准结果进行了比较