高分辨率快速成型系统的光固化实验研究

研究了高分辨率激光快速成型系统中制作参数对固化线宽及固化深度的影响.制作出了固化线宽为12 33μm、固化深度为28 33μm的固化线,表明该系统具有制作细微结构特征的能力.实验结果表明,固化线宽、固化深度随激光功率与扫描速度比值的增大而增大,和普通快速成型系统相比,在相同扫描条件下,该高分辨率快速成型系统制作的固化线线宽更小且固化深度更大.在不同制作条件下,利用最小二乘法得出了固化线宽、固化深度关于激光功率与扫描速度比值的预测模型,利用该模型来预测固化线宽和固化深度,为准确实现线宽补偿及分层厚度的合理设定提供了依据.     

气压熔融挤压快速成形材料及成形工艺研究

为了拓宽气压熔融挤压快速成形工艺的应用领域,开发了可应用于气压熔融挤压快速成形的改性石蜡材料,并对成形工艺进行了研究.研究结果表明,改性石蜡熔融挤丝的黏度随硬脂酸镁含量的增加而增大,当挤丝直径增加时,丝径的均匀程度降低,使成丝性能也降低.当硬脂酸镁的质量分数降低至1/10时,材料黏度降低,丝材之间表现出脱黏现象,从而影响了成形性能.实验表明,石蜡与硬脂酸镁的质量比为8:1,通过建立的熔融挤丝宽度与熔融挤出丝速率、扫描速度和分层厚度之间的数学模型,得到了挤出丝速率、扫描速度和分层厚度相匹配的工艺参数,并验证了挤丝宽度和扫描间距对制件质量的影响.     

面曝光快速成形制件的拉伸强度

为了研究面曝光快速成形工艺的制作参数和制件放置方式对制件强度的影响,按照国家标准设计了测试件,在不同的制作参数和制件放置方式条件下,对测试件进行了拉伸实验,研究了不同制作参数和制件的放置方式对制件拉伸强度的影响.结果表明,曝光时间在60~360s范围时,随曝光时间的延长,拉伸强度由2.21MPa逐渐增大到15.94MPa;切层厚度在0.05~0.5mm范围时,随切层厚度的增大,拉伸强度由17.33MPa逐渐减小到1.90MPa;放置方式对测试件的拉伸强度有显著影响,沿长度方向放置制件时的拉伸强度最高.     

工艺参数对AA5754铝合金温成形回弹的影响

以圆筒拉深件切环实验为基础,采用正交试验设计与数值模拟相结合的方法,对温成形过程中铝合金圆筒拉深件在不同工艺参数下的回弹特性进行研究,建立铝合金温成形的有限元模型.基于正交试验对圆筒拉深件进行数值模拟,研究板料成形初始温度、冲压速度、摩擦系数、压边力、凸模圆角半径、凹模圆角半径及凸凹模间隙对制件回弹的影响,并确立优化工艺参数组合.研究结果表明:从工艺参数对制件回弹影响的显著水平来看,板料成形初始温度最高,增加成形初始温度可显著减小制件回弹;压边力次之,其后依次为凹模圆角半径、凸凹模间隙及摩擦系数,而冲压速度和凸模圆角半径低至几乎可以忽略.     

尼龙/Cu复合粉末选择性激光烧结成形

基于烧结机理分析了激光热作用下尼龙对铜颗粒表面的润湿与粘结行为,通过对SLS烧结件的力学性能测试,探讨了材料不同配比对SLS成形件强度的影响,以及不同工艺参数对成形质量的影响.结果表明:预热温度为165 ℃,单层厚度0.15 mm,激光功率15 W,扫描速度2 000 mm/s时制件的成形性能比较理想,且拉伸强度和抗弯强度分别可达34.76 MPa和51.75 MPa.     

电弧喷涂快速模具内应力检测和喷涂工艺优化

以降低电弧喷涂厚涂层内应力为目的,对曲率法所依据的Stoney公式进行了修正。采用修正后的曲率法较稳定可靠地检测出了厚涂层的平均内应力,优化了喷涂工艺,提高了模具的成形精度,并成功应用于长为2m的汽车外饰钣金件冲压模具制作。实验研究喷涂工艺(喷涂距离、喷涂电流、扫描轨迹和扫描速度)与涂层内应力之间的定量关系后发现:涂层内应力与单层涂层厚度呈现相似的变化趋势,但变化比例并不是一一相对应的;内应力随喷涂距离和扫描速度的增加以及喷涂电流的减小而递减,受扫描轨迹影响最显著。通过优化工艺,使涂层内应力降低了27.5%~63.9%。     

Ti64合金激光选区熔化的数值模拟研究

为研究工艺参数对制件成形及性能的影响,以指导实验与生产采用数值模拟的方法,比较激光功率、扫描速度、扫描方式3种工艺参数对制件温度场的影响及同一工艺参数下应力应变场情况。结果表明:当激光功率增大,瞬态温度场面积增大,熔池温度峰值增大;当扫描速度增大,其温度场收缩,温度梯度增大;相对于同向烧结方式,蛇形烧结方式前一段的温度场对上一道烧结具有保温作用,使温度梯度减小。推荐使用激光功率90 W扫描速度50 mm/s,蛇形烧结方式对Ti64合金进行烧结。     

轧制差厚板方盒件拉深成形的实验与数值模拟

分析了轧制差厚板的显微组织和力学性能存在差异性的原因.针对差厚板方盒件的拉深成形过程建立有限元模型，探讨了其变厚度特性及性能差异化特征的建模方法.通过对比实验及模拟条件下方盒件的成形结果，证明了有限元模型的可靠性.根据验证后的有限元模型，以极限拉深高度和过渡区中心线偏移量为评价标准，分析了差厚板的几何参数(过渡区长度、过渡区位置、薄区与厚区的厚度差)对其拉深成形的影响.结果表明，过渡区越长、厚区占比越大、薄区与厚区的厚度差越小，则差厚板的拉深成形性能越好.确定差厚板的几何参数时，需综合考虑板料的成形性能和轻量化效果.     

曲面冲压件的拼焊内压快速成形法研究

提出曲面冲压件的薄板微元拼焊内高压法快速成形方法.阐述离散化曲面片方法和利用高压介质成形的原理;建立拼焊平板之间的几何关系模型和单个拼焊板变形前后之间的关系模型,运用应力平衡方程、屈服准则计算成形力;利用自行设计的拼焊毛坯内高压成形试验系统,对不同厚度、不同拼焊方式的毛坯以及不同压力介质进行成形试验.结果表明,利用该方法能够得到与理想冲压制件基本一致的原型件,制造成本比较低,基本达到金属板料快速原型件的质量和成本要求.     

车身内板件多步冲压成形联动仿真方法及其应用

为了更真实地模拟车身钣金件多工位级进冲压成形,达到高效指导制件成形工艺调整的目的,以某型轿车车身内板件为研究对象,以AutoForm软件为仿真平台,对制件进行工艺分析,设计了制件的5工位条料排样图.以此为基础建立制件的多步冲压成形联动仿真三维有限元模型,应用增量法理论的"静力隐式"全拉格朗日有限元法,对制件的弹塑性本构关系模型进行联动仿真求解,获得了O P05～O P50工位的联动仿真结果.结合制件厚度分析图与成形极限图,重点分析了O P40和O P50工序的成形性问题.     

光固化快速成型树脂涂层厚度的研究

介绍了光固化成型中的树脂涂层厚度的控制问题，从理论和实际上论证了涂层过程中影响树脂涂层厚度的主要因素是刮板间隙，流道内的压力降以及涂层速度。研究结果显示，由于树脂流道内的压力降很小，因此涂层速度及树脂粘度的变动对涂层厚度的影响也很小。在涂层过程中，对涂层厚度影响最大的因素为刮板间隙，在刮板间隙上于10倍涂层厚度的情况下，涂层厚度接近于间隙大小的1／2，其波动将影响涂层质量及成型过程。根据实验结果，对刮板间隙进行了优化，结果显示涂层厚度偏差的平方和达到最小值。     

基于Converge的柴油机起动过程喷雾撞壁仿真分析

柴油机起动过程中,转速、缸内背景压力及温度偏低会导致喷雾撞壁,影响燃油雾化效果。利用三维计算软件Converge,采用组合喷雾模型及B-G撞壁模型建立了燃油喷雾撞壁模型,并利用可视化定容弹喷雾撞壁试验系统验证了模型的准确性。基于建立的喷雾撞壁模型,研究分析了缸内背景压力、壁面干湿状况及壁面粗糙度对某型柴油机喷雾撞壁的影响规律,仿真结果表明：随着缸内背景压力下降,撞壁时刻提前,扩散距离增大,油膜产生时刻提前,油膜厚度增大;活塞顶壁面粗糙度增加,喷雾油束撞壁后扩散距离减小,附壁油膜厚度增大;当活塞顶壁面为湿壁时,喷雾油束撞壁后扩散距离增大,附壁油膜厚度下降。研究为燃烧室、喷油系统等优化设计提供了参考。     

基于PIHISCMSM失谐叶盘振动特性研究

针对新型航空发动机盘片轴一体化复杂转子系统的耦合振动问题,提出考虑预应力的改进混合界面模态综合法(PIHISCMSM),通过模态分析验证了该方法的准确性.基于Isight软件集成APDL语言,建立了叶盘系统CAD/CAE参数化驱动有限元分析平台,研究了不同叶片厚度失谐叶盘系统的动力学特性.研究表明,同种失谐模式下,叶片厚度不同时,叶盘系统的模态局部化因子对于不同模态振型的敏感程度不同,随着叶片厚度增加,叶片主导振动频率增大,叶盘系统的共振频率增加,共振峰值下降,增加叶片厚度能够降低失谐叶盘系统的振动响应局部化程度.     

涡桨发动机风车特性评估方法及试飞验证

涡桨发动机在空中起动之前的风车状态会产生一定的风车阻力,严重影响飞机的操纵性和稳定性,因此需进行风车阻力特性的准确计算评估,以化解飞行风险.针对涡桨发动机装机飞行中的风车特性,采用基于标准桨特性图修正原理,建立计算评估方案,并以某型涡桨发动机设计定型试飞为依托,进行不同工况下的试飞验证研究.结果表明:在相同高度,低速风车状态下,风车阻力随着速度增加而增大,而高速风车状态下,风车阻力随着速度增加而减小;随着高度增加,低、高速风车阻力均减小;低速风车状态下,桨叶角基本处于限动位,而转速随着速度增加而增加;高速风车状态下,转速达到平衡转速,桨叶角随着速度的增加而增大.可见,建立的涡桨发动机风车阻力计算方法合理、可行,计算结果精度满足试飞要求,能够为后续涡桨发动机空中起动科目的飞行试验提供技术支撑.     

大型风力机叶片阻尼层厚度分析与抑颤研究

为增强大型风力机叶片抑颤效果,从增加叶片的结构阻尼角度出发,以8 MW风力机叶片为研究对象,通过铺层设计和阻尼层位置设计为建立阻尼叶片有限元模型提供基础.分别以SHELL181单元和SOLID185单元模拟叶片上下蒙皮和阻尼层,对无阻尼叶片和阻尼叶片两种模型进行模态分析,探究阻尼层厚度变化对原叶片整体质量、固有频率及结构损耗因子的影响.确定8 MW风力机阻尼叶片阻尼层最佳敷设厚度,最后在最佳阻尼层厚度基础上对比分析两种叶片抑颤效果.结合结构损耗因子发现阻尼层厚度并非越大越好,经敷设最佳阻尼层厚度,原叶片可在质量增加极少的情况下提高抑颤能力.     

隧道活塞风速计算方法及其影响因素分析

针对隧道内活塞风会对安全门和广告灯箱等引起破坏的问题,开展了地铁单线无风井和有风井两种形式的隧道空气动力学特性分析,建立了隧道各断面之间的一维伯努利方程和流体连续性方程,研究了不同形式隧道下活塞风速的理论计算模型. 并使用SES软件建立其仿真模型对计算模型的结果进行验证, 重点研究了对活塞风速影响的主要因素.结果表明:隧道内活塞风速与列车速度、列车长度和列车外表面光洁度等成正比例关系,而活塞风井高度、断面面积和风井位置等参数对活塞风速影响不大.所提出的计算模型可用于实际工程中活塞风速的简便计算.     

叶顶间隙对压气机非设计转速气动性能影响的试验研究

为研究叶尖间隙对压气机非设计转速性能特性与稳定边界的影响,以某大涵道比涡扇发动机的十级高压压气机为研究对象,在高转速压气机试验器上开展了试验研究.采用精细化的级间参数测量,以揭示叶尖间隙影响多级压气机级间匹配的机理.结果 表明:叶尖间隙增大后,压气机非设计转速的流量减小、效率降低,且间隙对气动稳定性有显著影响,压气机的前面级未出现压比降低的情况,后面级做功能力明显降低,间隙影响主要集中在叶高80％截面以上,使得压气机更容易进入失速状态.     

旋转对风力涡轮叶片边界层的影响

基于经典二维叶素理论的水平轴风力涡轮设计与性能预估方法,在高风速（高能量输出）工况下得到的功率输出值通常小于实测值,即存在三维失速延迟现象。通过分析旋转对风力涡轮叶片边界层的影响,揭示产生这种失速延迟现象的物理机理。并在相同的运行条件下,比较二维工况与三维旋转工况下边界层各关键参数的差别,从而得到由于旋转的影响,边界层中气流分离点位置延迟以及动力输出增加等重要结论。     

水的黏度变化对低速大扭矩水压马达柱塞副泄漏流量的影响

为了提高低速大扭矩水压马达的容积效率,定量分析了水黏度对柱塞副泄漏流量损失的影响。首先根据水压马达实际运行状态确定了柱塞副的初始设计参数和水的性能参数,计算了定黏度下不同间隙、不同偏心距时的柱塞副泄漏流量。然后基于温升与压降的关系、黏温方程、黏压方程及流量方程,建立了变黏度条件下,水压马达在低速及高速情况下,柱塞副与转子缸孔同心及偏心时,柱塞副泄漏流量损失的数学模型。最后以环形间隙大小、偏心距和压差作为柱塞副的性能指标,详细分析了水的黏度对柱塞副泄漏流量的影响。研究表明:低速同心下,增大间隙2~10μm,减小水黏度,柱塞副的最大泄漏流量由0.002L/min增大至0.250 3L/min;高速同心下,柱塞副的最大泄漏流量由0.020 4L/min增大至0.261 1L/min。低速偏心下,增大偏心距1~4μm,减小水黏度,柱塞副的最大泄漏流量由0.017 5L/min增大至0.040 1L/min;高速偏心下,柱塞副的最大泄漏流量由0.021 9L/min增大至0.044 4L/min。因此,减小柱塞转子副的间隙,减小偏心距,增大水的黏度,柱塞副的泄漏流量降低,马达的容积效率提高。     

大型风力机柔性叶片在运行工况下的内力分析

为了准确地模拟柔性叶片在运行工况下叶片危险截面的内力,进行叶片的强度与刚度分析,并考察叶片的振动对气动载荷与气弹响应的反馈,以美国可再生能源实验室(NREL)发布的5 MW近海风力机为研究对象,建立了包含气动模型和系统的动力响应模型两部分的柔性叶片非线性气动弹性力学模型。采用计算多体系统动力学理论,基于Roberson-Wittenburg建模方法,结合叶素动量理论,建立了柔性叶片的气弹耦合方程,实现了叶片的气弹耦合时域响应分析。算例计算了NREL的5 MW近海风力机在紊流风速作用下,叶片各截面的挥舞、摆振和扭转方向内力矩的时域响应。研究成果对于叶片强度与刚度校核与优化设计有重要的应用价值。