An aerospace bracket designed by thermo-elastic topology optimization and manufactured by additive manufacturing

Combination of topology optimization and additive manufacturing technologies provides an effective approach for the development of light-weight and high-performance structures. A heavy-loaded aerospace bracket is designed by topology optimization and manufactured by additive manufacturing technology in this work. Considering both mechanical forces and temperature loads, a formulation of thermo-elastic topology optimization is firstly proposed and the sensitivity analysis is derived in detail. Then the procedure of numerical optimization design is presented and the final design is additively manufactured using Selective Laser Melting (SLM). The mass of the aerospace bracket is reduced by over 18%, benefiting from topology and size optimization, and the three constraints are satisfied as well in the final design. This work indicates that the integration of thermo-elastic topology optimization and additive manufacturing technologies can be a rather powerful tool kit for the design of structures under thermal-mechanical loading.     

MoO2和NiMo化合物性能差异的价电子结构分析

应用经验电子理论中的键距差法计算了激光熔化沉积MoO₂增强 γ /NiMo合金中两种化合物即MoO₂和NiMo的价电子结构,研究了价电子结构与两种化合物的硬度、强度和熔点差异的关系,并用实验测量结果进行了验证.表明价电子结构中的共价电子总数与总价电子数之比可以作为衡量MoO₂和NiMo强度高低的依据;价电子结构中最强键的理论键距可以作为衡量MoO₂和NiMo熔点高低的依据;但价电子结构中最强共价键上的共价电子对数不能单独作为衡量MoO₂和NiMo硬度高低的依据.     

金属-碳共晶点熔化温坪温度的确定

为了让ITS90温标能够更好地向高温方向传播,利用金属-碳共晶点作为传递标准,其测量结果的不确定度得到了很好的提高,因此,金属-碳共晶点熔化温坪温度的确定就显得尤为重要。本文从转折点熔化温度的定义出发,利用移动平均法,选取二阶差分曲线过零点的值作为熔化温坪温度。本方法避开了人为因素造成的B类不确定度,同时可以消除噪声带来的影响。     

激光增材制造技术的研究现状及发展趋势

增材制造技术能够快速将复杂结构的三维数据模型直接转化为实体零部件,是一种快速发展的数字化制造技术.激光增材制造技术是增材制造技术中最具代表性的一类,在增材制造技术领域扮演着重要的角色.主要介绍了两种典型的激光增材制造技术:激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术和激光金属直接成形(Laser Metal Direct Forming,LMDF)技术的原理与特点,归纳了其发展和研究现状,指出了激光增材制造技术的发展趋势.     

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。     

硅亚甲基及Diels-Alder反应在合成耐高温聚合物中的应用

合成了两种带有苯炔或萘炔结构及苯基硅亚甲基的聚合物PSPE和PSNE,研究了它们的熔点,溶解性及固化反应.研究结果表明,硅亚甲基的引入可以降低聚合物的熔点,增加溶解性,而苯炔和乙炔基间的Diels-Alder反应,可使聚合物固化后,生成刚性苯并结构.这一原理可用于加工性能良好的新型耐高温聚合物的分子设计和合成,也可用于对现有耐高温聚合物的改性.     

SLM成形Inconel 718合金的组织性能调控研究

针对Inconel 718合金零部件传统制造技术中存在的制造极限问题,基于材料合金显微组织与力学性能之间的相关性等内容,开展激光选区熔化(SLM)成形Inconel 718合金性能的研究,建立了适用于SLM成形Inconel718合金的热处理制度,提高了该合金的室温与高温力学性能。考虑到SLM成形Inconel 718合金组织内部晶粒极其细小、内应力积累较大,传统的热处理制度不再适合新技术成形的零部件,根据基体中二次相的析出温度区间,对该合金的传统后热处理制度进行改进。力学性能测试结果证明:项目组提出的均匀化热处理+固溶处理+双时效的热处理制度能有效改善SLM成形Inconel 718合金的显微组织和综合力学性能,并满足锻件的使用要求。     

K4202镍基高温合金激光选区熔化成形室温拉伸性能研究

为了将激光选区熔化(SLM)这项技术推广到液体火箭发动机高温合金复杂结构件的成形,满足其使用要求,对SLM成形K4202高温合金力学性能及其强化机理进行研究。沉积态室温下拉伸试验力学性能指标表现出了很强的各向异性,但均接近或超过GH4202锻件标准值,通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等理化分析手段揭示了其强化机理主要为细晶强化、应变硬化、沉淀硬化和过饱和的固溶强化。同时研究了固溶、固溶时效、直接时效三种热处理制度对K4202力学性能的影响,结果表明直接时效后的综合力学性能最佳。     

融化过程自然对流影响作用的实验研究

采用实验的方法对相变材料融化过程中自然对流的影响进行了研究,获得了自然对流作用下的融化速率与平均Nusselt数的准则关系式.结果表明,与纯导热模型相比,自然对流作用加速了融化的进行,建立导热-对流耦合传热模型对于准确预测融化过程具有一定的必要性.     

复合材料异型构件成型技术

以H-弯波导为典型构件,对复合材料异型构件成型进行了研究。选用138℃低熔点合金作为芯模材料进行模具设计与芯模模压参数摸索,成型前应用DELMIA对铺层过程进行了虚拟仿真,省去预装环节。结果表明:低熔点合金芯模较化学溶解芯模提高了脱模效率,使批量化生产成为可能,为此类异型构件的成型提供了技术保障。