基于仿真的选区激光熔化工艺结构变形补偿设计优化

针对选区激光熔化工艺中残余应力造成的变形缺陷问题，介绍了一种基于有限元仿真的选区激光熔化工艺的结构变形补偿设计优化方法.以螺旋桨结构成型为例，首先建立了宏观尺度上基于有限元方法的热-力耦合仿真模型，然后分析了成型零件中的残余应力与变形分布规律，并提出了利用变形场反馈调整零件设计的几何结构的方法，通过多次反馈迭代，实现了成型后零件变形几何与期望几何之间的形状误差逐步减小.数值试验结果表明:经过变形场反馈调整4次，成型后的螺旋桨结构相较于期望几何结构的最大形状误差下降了94%；同时也发现，设计迭代过程中，零件成型后的残余应力与实际变形基本不变.      

光固化快速成型过程中零件变形的数值模拟

在对光固化快速成型过程中零件层间相互作用的力学行为进行分析后,提出了以固态降温收缩来模拟液－固收缩伯思想,据此建立的逐层累加的等效力学模型用作有限元分析,可借助ANSYS软件进行加工零件的应力、变形分析和预测,试验结果表明：以该力学模型计算出的结果与试验结果一致,可以很好地模拟光固化快速成型零件的翘曲变形,并由此改进零件的制作方案,如生长方向的选定,支撑的添加等。     

光固化成型中的变形分析

利用应变计电阻电测技术,通过实验对激光快速成型过程中工件的变形问题进行了动态分析,地对加工参数（如扫描速度、扫描间距、扫描方式）影响工件变形程度的问题,对这种变形的差异进行了对比和分析,并由此得出扫描速度、扫描间距、扫描方式影响工件变形的规律,提出了加工过程中的优化参数。     

快速成型中零件水平下表面支撑设计规则的研究

利用可仿真成型过程中层间力学行为的有限元计算模型，对零件分层后截面形状与收缩变形趋势间的关系及支撑间距与层片最大变形量间的关系进行了研究．研究表明，零件层片边界为翘曲变形的最大处，支撑间距与层片最大变形量间近似呈线性关系，因此零件水平下表面应沿边界设计成墙式支撑，边界区域内应设计成十字交叉支撑．针对XJ-01树脂，当支撑间距设计为10mm时，光固化快速成型制作可以满足成型精度的要求．     

轴对称复合挤压变形力的上限分析

本文对轴对称杯—杆形零件进行了复合挤压的实验研究,根据其变形规律及金属流动特点,提出了金属流动模型,并用上限基元圆环技术进行分析,导出了计算复合挤压变形力的理论公式,实验证明该理论计算结果与实验测定值能很好地符合,故本文所提出的上限计算模型比较符合实际变形情况。     

薄壳类零件的快速成型精度工艺

对于光固化法的快速成型技术,零件精度与零件的大小、结构特点有直接关系,与零件的复杂程度关系不大.而对于同样的零件,不同的成型工艺将得到不同的表面形貌和尺寸精度.选择典型的薄壳外饰件在不同零件摆放角度、不同支撑条件下进行实验,比较研究成型精度与成型时间;建立简化模型,在最优摆放角度条件下,研究了不同支撑的薄片和薄板的翘曲变形,提出了提高薄壳零件快速成型精度的工艺.具体的零件验证工艺的正确性.     

Fe-Ni-C合金粉末选择性激光熔化成形

针对金属零件在选择性激光熔化成形过程中容易产生翘曲变形、裂纹与球化现象等问题,在理论分析与试验的基础上,探讨了其工艺参数与扫描路径对金属粉末在熔化成形中翘曲变形、裂纹与球化的影响,以及化学成分、熔池冷却速度与制件金相组织、显微硬度的关系,为选择性激光熔化技术的发展提供理论指导与实验依据.实验表明:通过合适的工艺参数与扫描路径,能够得到高致密度金属零件,金相组织均匀细小,没有出现明显翘曲变形、裂纹与球化现象.     

宽凸缘筒形零件的拉深质量控制

为提高冲压成型金属零件的拉深质量,对宽凸缘筒形零件从拉深变形和应力应变角度进行分析,探讨产生起皱及拉裂的影响因素.提出系列质量控制措施,包括严格限制坯料的变形参数、模具增设可调节压料力的压料装置、合理选择凹模和凸模圆角半径、结合多种因素确定凸凹模间隙、选择具有良好力学性能和表面质量优良的材料,以及使模具和坯料表面定期润滑、合理安排热处理工艺.这些措施提高了金属零件的拉深成型质量,满足了设计精度要求.     

基于二次曝光原理的光固化快速成型工艺研究

针对光固化立体造型技术中因层间收缩力所引起的原型翘曲变形问题，深入研究了激光功率、扫描速率、扫描间距等因素对固化深度、固化线宽的影响，并在此基础上实现了二次曝光法。利用分区域、变速度扫描等方法对传统的二次曝光法进行了改进，提出了改进的二次曝光法。实验证明，改进的二次曝光法不仅可以减小原型的翘曲变形，而且还消除了传统二次曝光法的层间错位缺陷，从而提高了原型的制作精度。     

选区激光熔化直接成型金属零件致密度的改善

为了提高选区激光熔化(SLM)成型金属零件的致密度,对激光扫描单道熔池的形成特性进行了研究,探讨了扫描速度、激光功率对熔池宽度的影响,发现熔池附近无粉区宽度与熔池宽度有直接关系,并分析了激光连续扫描粉末情况下的扫描线间搭接缺陷.根据单道熔池的形成特性,提出采用层间错开扫描策略,该扫描策略将零件致密度提高到近100%,使层间与层内的熔池搭接紧密,SLM成型件的拉伸强度、延伸率、显微维式硬度分别达636MPa、15%~20%和250~285.实验结果表明,层间错开扫描策略对SLM直接成型金属零件的致密度与力学性能有明显的改善.     

光固化立体造型熔模铸造工艺的研究

为了解决快速熔模铸造中型壳开裂问题，对树脂模型与型壳材料在消失过程中的热变形机理和型壳开裂条件进行了有限元分析，建立了原型一型壳热变形数学模型，并应用于新型燃气涡轮导向器的快速铸造．实验中当升温幅度较低时，涂挂厚度很小，型壳也不会破裂；当树脂模型在一个方向上的尺寸很小时，即使不抽壳，型壳也能保持完整而不破裂．研究结果表明：采用树脂制备方法，不仅可以简化传统制作蜡模的工艺步骤，而且大大缩短了制作周期；树脂模型精度、粗糙度对复杂铸件的传递特性，已成为该方法被广泛应用的一个重要的前提条件．     

自生体积变形试验方法研究及应用

提高混凝土的自生体积膨胀变形量补偿混凝土的温度收缩变形 ,对于混凝土抗裂很有意义。从混凝土的细观结构研究出发对混凝土自生体积变形的基准值问题进行了初步探讨。在对比和分析了国内外自生体积变形测定方法的基础上提出了一种更为合理的自生体积变形测定方法 :高精度位移传感器法。应用建立的试验方法探索了微膨胀碾压混凝土的自生体积变形 ,试验表明水泥生产中均匀外掺氧化镁碾压混凝土的自生体积收缩变形明显减小。     

粉煤灰对硬化水泥石干缩湿胀行为影响的机理研究

通过试验研究在不同预养护龄期时,粉煤灰掺量对硬化水泥石干燥收缩过程和吸水膨胀过程的影响.结果表明,粉煤灰掺量不同时对硬化水泥石干燥收缩过程的影响是不一致的,将干燥后的硬化水泥石重新放入水中后,粉煤灰掺量对硬化水泥石的吸水膨胀过程的影响也是不一致的.通过热分析研究不同情况下水的分布,并将此与干缩变形试验的结果相结合,探讨了粉煤灰对硬化水泥石干缩变形的影响机理.     

高层钢结构施工过程时变模型理论与跟踪监测

针对混凝土的时变变形对钢管混凝土组合结构施工过程中结构受力的影响,基于CEB-FIP中的混凝土时变模型,提出了对钢管混凝土组合高层框架结构进行施工过程计算的时变模型,以考虑结构的施工顺序和诸如混凝土的收缩、徐变等时变效应的影响以反映此类结构的真实特性.通过某21层钢混组合高层框架结构的数值模拟与现场监测结果的对比表明:提出的分析模型能够真实反映结构复杂的施工过程及材料时变特征和结构几何非线性对结构性能的影响,数值模拟结果表明混凝土收缩和徐变引起的结构变形在高层结构设计中不容忽视.     

用于立体光造型法的光固化树脂的收缩性研究

设计了多种用于立体光造型（ＳＬ）法的光固化树脂配方，对影响其体收缩和线收缩的几种因素进行了研究。研究表明，各因素对光固化树脂体收缩和线收缩的影响并不致。体收缩主要与单位体积内官能团的数量有关，而线收缩不仅与单位体积内官能团的数量有关，而且与树脂中各成分的具体分子结构有关。     

体积压裂套管剪切变形载荷分析及强度设计

页岩气开发过程中井筒穿越天然裂缝/断层,体积压裂时天然裂缝/断层容易被激活,导致套管剪切变形,套管内径缩小,井下工具无法下入。目前对套管剪切变形条件下的受力分析较少,现有研究主要采用套管Mises应力屈服准则判断套管失效,该准则对于套管大剪切变形问题已不适用。为探究天然裂缝/断层滑移导致的套管剪切变形问题,建立套管-水泥环-地层组合体有限元模型,对位移载荷作用下的套管力学行为进行研究。分析了各因素对套管受力及缩径量的影响,并提出套管缩径量与应力相结合的套管外载设计方法。研究结果表明:套管剪应力及Mises应力随地层滑移量增大而增大,在10 mm滑移量作用下,套管Mises应力已超过屈服强度,建议采用剪切载荷进行强度校核;套管缩径量主要集中在距离滑移面1 m范围内,套管局部区域出现膨胀现象;考虑套管变形量的载荷设计可以有效防止体积压裂过程中套管变形导致压裂工具无法下入的问题。     

非饱和上海软土的土-水和变形特性

使用压力板法和滤纸法测量非饱和上海软土的吸力,得到第②,③,④层上海原状土和第②,③层上海重塑土的土-水特征曲线,以及土体脱水干燥过程中吸力和孔隙比之间的关系.土-水特性试验结果表明:第②,③,④层上海原状土和第②,③层上海重塑土的进气值分别为150～180,220～250,650～800,260～310,550～600 kPa.干燥收缩试验结果表明:上海黏土的收缩过程可分为3个阶段,即弹性阶段、弹塑性阶段和缩限阶段.当基质吸力较小时,收缩变形较小,土体处于弹性阶段;当基质吸力增大到一定值时,收缩变形明显,土体处于弹塑性阶段;当土体变形基本不随基质吸力变化时,土体处于缩限阶段。     

楔横轧一次楔大断面收缩率成形机理

为研究大断面收缩率轴类件楔横轧成形问题,做了楔横轧一次楔成形极限实验.发现楔横轧一次楔轴向拉断成形极限可以远大于通常公认的75%界限,实验中成功轧制出断面收缩率为97.7%的超大断面收缩率轧件.推导了轧件轧制接触区轴向合力公式,利用有限元数值模拟方法分析了杆部对称截面轴向应力,揭示出楔横轧一次楔大断面收缩率可以成形的原因,即在适当条件下轧件变形接触区轴向受力接近于平衡,轧件杆部所受轴向拉应力较小所致.     

抗环境光照影响的边坡变形摄像监测方法

边坡变形监测是滑坡灾害防治和预警的重要手段,基于图像分析的近景摄影测量方法凭借全场、非接触的优势在边坡变形监测中的应用越来越广泛.而在长期野外监测应用中,环境光照变化对边坡图像的灰度一致性产生很大影响,导致该方法的测量精度受到严重制约,甚至出现测量失败的情况.从环境光照的物理过程出发,深入分析光照变化特征及其对图像灰度的影响规律,提出了一种基于灰度梯度方向特征的图像匹配方法,从而使其具备了抗环境光照影响的能力.室内边坡缩比模型实验和真实野外边坡观测实验的结果表明,该方法可以有效抑制环境光照影响,提升变形测量的精度和稳定性.研究为边坡变形摄像监测提供了一种新的手段,对该方法的实用性发展起到了支撑作用.     

电子散斑干涉在复合树脂固化收缩测试中的应用

以光固化复合树脂固化收缩变形导致牙体修复失败这一临床问题为背景,运用电子散斑干涉法对R1,R2两种不同型号光固化复合树脂填充到牙体后的离面收缩量进行了精确测量.实验得到了复合树脂固化过程中的电子散斑干涉条纹图.通过对干涉条纹图的处理,给出了不同情况下R1,R2型光固化复合树脂固化时最大离面收缩量与时间的关系,并且分析了影响复合树脂收缩变形的因素.研究表明随着牙体上窝洞的宽度的增大,复合树脂固化后的离面收缩也逐渐增大,但二者并非线性关系;R1型复合树脂收缩量较小,更加适合临床应用.