辊压板式复合楔横轧精成形机

首先分析了辊式楔横轧机刚度好,但扇形模具加工困难,板式楔横轧机刚度差、占地面积大,但平板模具加工容易,而且两者都不宜加工较大工件．据此分析结论,提出了辊压板式复合楔横轧机的力学原理,进而提出了复合楔横轧机的设计原理和整机设计．在上下滑动压板的上方和下方分别设有上下压辊,压辊与滑动压板滚动接触,平板模具是嵌装在上下滑动压板中,而且成形过程中上下压辊的中心线与轧件的中心线始终在同一垂直面内,这既保留了辊式楔横轧机刚度好和板式楔横轧机模具加工简单的优点,又克服了板式楔横轧机刚度差和辊式楔横轧扇形模具加工复杂的缺点,而且能轧制较大工件．     

室温下金属铝的组合成形轧制

轧辊的弹性变形导致金属极薄带难以通过常规方法制备,人们想尽各种办法来获得更薄的轧件,如减小轧辊直径、增加支撑轧数量、增加轧辊和机架刚度等,这些方法使极薄带的制备变得复杂.本文采用组合成形轧制(combination forming rolling, CFR)新方法,将常规轧制的压缩作用、异步轧制的搓轧剪切作用和施加大张力的拉伸作用等三种工艺措施共同作用于轧制变形区,构造出易于满足屈服条件的应力状态,保持压下变形的可持续性.为了验证这种方法的可行性,在室温下对退火态工业纯铝板进行了组合成形轧制.实验结果表明,在没有中间退火的情况下,初始厚度为6.5 mm的1100铝板轧制成厚度为17μm极薄带,产品表面光滑、板形良好、无边缘裂纹,组合成形轧制的延展率达到38235%,真应变为5.95,充分体现出组合成形超强的变形能力.在剧烈塑性变形发生的同时,金属Al内部的显微组织也随之发生演变,由原始粗大的等轴晶演变为扁平的板条晶、亚微晶,直至出现纳米晶.以大应变、超延展、纳米化为特征的组合成形轧制将成为剧烈塑性变形中一个重要的新方法.     

室温轧制Cu/Al多层复合薄带的变形诱导反应扩散现象

以退火态工业纯铝、纯铜薄带为原料,将8层铜带、7层铝带,共15层以相互交替方式叠在一起,利用自行研制的微成形轧机,在室温下对其进行多道次轧制.在没有任何中间退火等热处理的情况下,当累积应变达到83%时,通过OM观察发现冷轧大变形后的Cu/Al界面处有新相形成.经SEM/EDS分析,发现这些新相是金属间化合物Al_2Cu/AlCu/Al_4Cu_9的混合物,是由反应扩散获得的产物.这些金属间化合物与原有的金属母体构成了一种新的复合材料.特别有意义的是:由于实测和有限元模拟计算两种方法都证实轧制过程中温升低于28℃,因此该反应扩散不是缘于常见的"热"作用,而是由于室温大变形轧制中应力-应变的作用.本文将这种现象称为变形诱导反应扩散,并对其机理进行了分析和阐述.该研究结果是在室温下加工获得金属间化合物的一个实验证据,为获得一类新型复合材料提供了新途径.     

基于多成形指标的大直径铝合金薄壁管数控弯曲成形极限

获得同时满足起皱、过度减薄和扁化质量要求的大直径铝合金薄壁管的弯曲成形极限即最小弯曲半径,已成为提高大直径铝合金薄壁管弯曲成形潜力的关键问题．本研究基于不同加载条件下的铝合金大直径薄壁管弯曲过程动力显式三维弹塑性有限元模型以及管材起皱能量预测模型,提出了管材最小弯曲半径的搜索算法,该算法有效考虑了模具、摩擦等工艺参数对小弯曲半径弯管成形的影响．在此基础上,获得了不同直径铝合金薄壁管的最小弯曲半径,并揭示了几何参数对管最小弯曲半径的影响,以及工艺参数组合对实现最小弯曲半径弯管成形的作用．结果表明：（1）在满足小弯曲半径弯管成形质量要求的模具和摩擦参数组合的合理范围内,减小芯棒球头厚度和直径,并施加轴向压缩载荷能够实现管材的极限弯曲成形;（2）若忽略几何尺寸对管材本构关系的影响,对于直径小于80mm的管材,管材的最小弯曲半径将取决于临界减薄;对于直径大于80mm的管材,管材的最小弯曲半径将取决于起皱．与解析预测结果相比,采用本文方法获得的管材最小弯曲半径最大相对减小了57.39％;（3）工艺参数组合促进实现最小弯曲半径弯管成形的效用,得到了实验的验证．     

K型偏心支撑钢框架抗震性能研究

为分析K型偏心支撑框架在低周往复荷载作用下的抗震性能,通过模型试验及仿真试验研究了K型偏心支撑框架的滞回性能、刚度退化现象以及在循环荷载作用下的能量耗散机理.结果表明K型偏心支撑框架在弹性阶段刚度大,在塑性阶段耗能能力强;不同的耗能梁段长度对结构各层的耗能能力有很大的影响,耗能梁段不宜过短也不宜过长;当耗能梁段出现剪切屈服后,刚度出现明显的退化现象,仿真试验验证了试验剪切型梁段的屈服现象.K型偏心支撑框架具有良好的滞回性能和耗能性能,分析结果可供工程设计和相关研究参考.     

离子束修正光学镜面误差中拼接加工方法研究

由于离子束加工机床工作运动空间的限制, 为了加工大型光学镜面, 本文提出了一种全新光学镜面加工方法——拼接加工方法. 论文首先从理论上分析解决了拼接加工工艺的系列关键技术问题, 如： 面形控制模型、拼接加工驻留时间解算算法、加工定位参数辨识与补偿等. 基于CCOS成形原理, 通过分析拼接加工面形控制机制, 建立了光学镜面拼接加工有限域叠加的非线性面形控制模型; 依据拼接加工有限域非线性问题特征, 提出了基于Bayesian原理的改进型SRL迭代法较好地解决了拼接加工的驻留时间求解问题; 通过分析拼接加工中对刀误差和材料去除率对加工精度和加工面形的影响分析, 提出了一种光学镜面离子束定位误差、去除率等工艺参数辨识算法. 通过上述研究, 首次建立了光学镜面离子束拼接加工基本加工理论、方法和工艺流程. 拼接加工工艺实验表明： 误差补偿后的加工收敛率可达10. 本文提出的理论和方法通过有效地解决拼接加工的关键技术问题使拼接加工与全口径加工一样, 能够实现对镜面的精确修形. 与此同时大大节约了加工系统制造和加工成本.     

基于改进型XFEM的裂纹分析并行软件实现

扩展有限元法(XFEM)目前已成为裂纹分析的主流数值方法.然而,在实际应用中该方法一直受到两方面的困扰:总体刚度矩阵高度病态以及动力学计算时额外自由度上的能量无法正确传递.前者导致在以迭代法求解为主的大规模计算中难以收敛,后者导致动力学求解精度低、实施困难.为解决这两大困扰,基于无额外自由度单位分解插值格式,提出改进型扩展有限元法(IXFEM).基于该方法,在高性能数值模拟软件开发框架JAUMIN上开发裂纹分析并行软件—PANDA_Fracture.实际算例表明, PANDA_Fracture软件具有如下特色:1)允许引入高精度裂尖加强,支持裂纹任意长度扩展; 2)同时支持动力学裂纹问题隐式求解与显式求解; 3)支持任意多裂纹问题高效求解; 4)支持上千CPU核高性能可扩展计算.     

大面纳米积压印揭开式脱模建模与模拟

大面积纳米压印是一种高效、低成本和批量化制造大面积微纳米结构的方法,已经被看作最具有工业化应用前景的微纳米制造方法之一.脱模是当前大面积纳米压印所面临的最大挑战性问题,是制约大尺寸晶圆级纳米压印进入工业化应用最大的瓶颈.＂揭开＂式脱模已经被认为是实现大面积纳米压印最为有效的一种脱模方法,本文开展了大面积纳米压印揭开式脱模理论建模和数值模拟的研究.基于应变能法,并结合脱模过程中能量的守恒,建立了＂揭开＂式脱模预估脱模力理论模型.以光栅图形垂直式脱模为例,建立了目前工业界广泛采用的气体辅助揭开式脱模在脱模过程中所需气压脱模力理论模型.利用ABAQUS工程模拟软件,揭示了模具材料特性、特征图形几何参数对于＂揭开＂式脱模影响规律.该研究为大面积纳米压印工艺奠定重要理论基础,并为晶圆级纳米压印工艺优化和压印装备开发与性能的改进提供理论基础和方向性指导.     

新一代塑料光纤及其功能开发

与石英光纤相比, 塑料光纤的主要问题是传输损耗大. 采用一种新的光纤结构—蜘蛛网结构包层空芯布拉格光纤, 可以把构成光纤材料的吸收损耗压缩至约10⁴~10⁶分之一, 因而从根本上解决了塑料光纤损耗大的问题. 在此基础上, 充分利用塑料光纤柔软、易弯曲的优点, 可以实现从可见光至太赫兹波(0.4~1000 μm)所有波段信息和能量的低损耗传输. 新一代塑料光纤将成为普遍和大量应用的光纤.     

铝锂合金高速铣削表面完整性实验研究

铝锂合金密度低、比强度高、比刚度高等优良特性使得其成为新一代航空航天飞行器的主要结构材料.飞机蒙皮作为维持飞机外形的主要结构件,在飞机起飞降落过程中承受舱内外压差变化所引起的交变载荷作用,因此对于蒙皮结构零件的疲劳强度要求十分苛刻.零件的疲劳裂纹萌生往往是从表面的微观缺陷开始,并且表层以及亚表层的力学状态将影响裂纹萌生以及扩展速度.表面完整性包括表面的几何轮廓、显微硬度、金相组织、残余应力等,这些因素综合影响着零件的疲劳性能.与此同时,表面完整性表征参数与被加工材料属性、热处理状态以及加工工艺等具有密切的联系.研究了铝锂合金的机械铣削加工工艺对于其表面完整性的影响.传统蒙皮结构加工往往采用化学铣削的方法进行,占用厂房面积大,污染严重,废液处理费用高等,不符合现代可持续绿色制造的理念.目前对于铝锂合金的超塑成形工艺研究较多却鲜见有相关铝锂合金切削表面完整方面的相关研究.研究在干切情况与液氮冷却情况下切削三要素以及上一道滚压工艺对于表面完整性的影响,通过正交试验的方法全面考察了工艺参数对于表面形貌各个指标、表层亚表层金相组织以及残余应力的影响权重,并且验证了其显著性.比较了干切与液氮低温切削情况下表面形貌以及残余应力状态的异同点,验证了液氮冷却切削对于铝锂合金表面完整性提升的有效性,为提高铝锂合金疲劳性能提供了实验依据.     

基于均匀金属微滴喷射的3D打印技术

均匀金属微滴喷射技术是基于喷墨打印的原理,于20世纪90年代初提出并发展起来的一种3D打印技术.它是以均匀金属微滴为基本成型单元,依据零件形状特征逐点、逐层"堆积"而实现三维结构的快速打印技术,具有喷射材料范围广、无约束自由成形和无需昂贵专用设备等优点,在微小复杂金属件制备、电路打印与电子封装以及结构功能一体化制造等领域具有广泛应用前景.由于金属材料具有熔点高、易氧化、粘性和表面张力大等特点,与非金属材料喷射沉积有很大差异.本文分析了金属微滴喷射方式及其机理,概述了此领域国内外研究现状,并结合笔者研究实践,阐述了金属微滴喷射沉积需要解决的关键技术及实例,如微滴喷射装置开发、喷射成型参数优化等,并对该技术的重点研究方向进行了展望.     

基于特征识别的增强现实跟踪定位算法

文中提出一种在场景自然特征识别基础上采用关键帧匹配的增强现实跟踪注册算法,实现了基于计算机视觉的户外大场景范围内的实时跟踪定位.算法针对关键帧匹配中的宽基线特征匹配问题,提出采用随机树的模式分类方法实现场景自然特征的离线训练和在线实时精确匹配.同时采用Kalman滤波器对参数估计结果进行平滑解决视觉跟踪定位中的抖动问题.以该算法为核心构建出基于视频透视式头盔显示器的移动增强现实系统,并将其成功应用于圆明园大水法景观的数字重现.真实场景实验验证表明,该方法具有实时、鲁棒的优点,适用于户外跟踪定位.     

一种新型3-DOF串并混联拟人机械臂的研制

提出了一种新型3-DOF串并混联拟人机械臂及这种机械臂的基于性能图谱的概率参数设计方法, 对这种机械臂进行了运动学性能分析, 推导出这种混联机械臂的位置反解方程、速度传递平衡方程和静力传递平衡方程, 定义了速度传递性能评价指标、力传递性能评价指标及各全域性能评价指标, 绘制了各全域性能评价指标的性能图谱, 应用基于性能图谱的概率参数设计方法, 为这种机械臂选取了合理的结构参数, 同时, 考虑加工与装配工艺性, 设计了一种 3-DOF串并混联拟人机械臂, 为这种机械臂的应用奠定了基础. 这种机械臂具有运动灵活、刚度大、惯性小和工艺性好等优点, 在精密抛光、航空、造船、汽车等现代工业领域有广阔的应用前景, 这种机械臂与球面三自由度并联机构串联在一起, 可构成 6-DOF串并混联拟人机械臂.     

新型碾压式导电混凝土功能材料力学性能试验与精细仿真分析

碾压式导电混凝土(electrically conductive roller-compacted concrete, ERCC)是一种新型功能性材料,可通过自身电热性能解决高寒地区路面跑道人工除雪去冰效率低、大坝工程结构温控难等问题.本文开展了ERCC材料设计、物理试验与数值仿真分析研究.利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)测试分析了表面活性剂对ERCC浆体流动性、炭黑分散效果的改善机理;针对碾压成型的大型ERCC钻芯取样试件,开展了力学性能的宏观试验与X射线断层扫描(X-ray computed tomography, XCT)的细观试验;进而在材料试验的基础上,通过耦合连续介质、非连续介质计算方法进行ERCC精细化数值仿真分析,建立了基于真实骨料的ERCC细观模型,解决了传统混凝土细观模拟中XCT模型计算成本过高、非连续介质计算效率低、传统球体/多面体骨料模型的精细化程度差等问题.结果表明:ERCC表面活性剂可明显改善炭黑分散效果,采用碾压施工工艺成型质量较好,抗压强度为22.85 MPa,劈拉强度为1.72 MPa,弹性模量为...