【摘 要】
：
点阵结构具有高比强度、高比刚度等特点,在航空航天、交通运输、生物医疗等领域有着广阔的应用前景。但由于点阵结构的空间结构十分复杂,传统方法制造困难,近年来,增材制造技术的快速发展为点阵结构的研究与应用提供了极为便利的条件。本文基于点阵结构良好的材料结构功能一体化设计潜力,针对制造精度与质量难以保证、力学性能缺乏系统性研究等问题,设计了一种新型拱形桁架点阵结构,研究了该结构的激光选区熔化制造工艺及方法
【机 构】
：
中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)
【出 处】
：
中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所
论文部分内容阅读
点阵结构具有高比强度、高比刚度等特点,在航空航天、交通运输、生物医疗等领域有着广阔的应用前景。但由于点阵结构的空间结构十分复杂,传统方法制造困难,近年来,增材制造技术的快速发展为点阵结构的研究与应用提供了极为便利的条件。本文基于点阵结构良好的材料结构功能一体化设计潜力,针对制造精度与质量难以保证、力学性能缺乏系统性研究等问题,设计了一种新型拱形桁架点阵结构,研究了该结构的激光选区熔化制造工艺及方法,并对其力学性能进行了较为系统的研究,最后以弹翼与冷却部件为典型应用对象,验证了拱形点阵结构设计-制造方法的可行性与有效性。本文的主要研究内容与成果如下:（1）拱形桁架点阵结构力学性能的理论分析:根据拱形结构刚度大、抗压能力强的特点,设计了不同参数的拱形桁架点阵结构,并对支柱轴线为半圆弧的拱形桁架点阵结构进行了数值计算。计算结果表明,拱形桁架点阵结构的等效弹性模量受其基体材料的弹性模量、支柱直径和轴线的圆弧半径影响,其等效弹性模量随着支柱直径的增加而增大,随着圆弧半径的增加而减小。（2）拱形桁架点阵结构的激光选区熔化工艺研究:优化了点阵结构激光选区熔化工艺参数,确定了激光功率、扫描速度、扫描间距、光斑补偿半径和保护气体流量等工艺参数的最优组合。设计了能量密度范围在78～82 J/mm3之间的16组激光工艺参数组合（不同激光功率、扫描速度、扫描间距）,分析了不同激光工艺参数组合对成形试样的致密度、硬度、晶粒尺寸和表面粗糙度的影响,选出最优激光工艺参数组合;设计了光斑补偿半径范围在0～0.13 mm之间的6组光斑补偿半径,分析了光斑补偿半径对支柱尺寸精度的影响,优选出成形尺寸误差最小的光斑补偿半径;最后以提升成形质量可重复性为目标,研究了在不同保护气体流量下成形试样的力学性能,分析了保护气体流量对批量生产试样可重复制造性的影响,确定了可以提升成形质量可重复性的最优保护气体流量。（3）拱形桁架点阵结构的激光选区熔化成形极限位姿尺寸研究:在优化工艺参数的基础上,分析了直线形支柱的直径和倾斜角度对支柱可成形性的影响;设计并制造了不同直径、不同倾斜角度的直线形支柱试样和不同直径、不同形状参数的拱形支柱,以试样的成形效果确定了拱形桁架点阵结构形状参数与支柱直径的可成形范围,为拱形桁架点阵结构设计提供了参考。（4）拱形桁架点阵结构压缩性能研究:研究了不同形状参数、载荷方向、单元尺寸和相对密度的拱形桁架点阵结构的准静态压缩性能,得到了该点阵结构的最佳形状参数和最佳受力方向;研究了在最佳形状参数和最佳受力方向下该点阵结构的准静态压缩性能;根据不同相对密度该点阵结构的力学性能,建立了压缩性能的Gibson-Ashby模型,可用于计算不同相对密度该点阵结构的压缩性能。（5）拱形桁架点阵结构弯曲性能研究:研究了不同形状参数、载荷方向、单元尺寸和相对密度的拱形桁架点阵结构的准静态弯曲性能,得到了具有最佳弯曲性能的形状参数和载荷方向;根据不同相对密度该点阵结构的力学性能,建立了弯曲性能的Gibson-Ashby模型,可用于计算不同相对密度该点阵结构的弯曲性能。（6）拱形桁架点阵夹层结构动态压缩性能研究:研究了拱形桁架点阵夹层结构在动态压缩下的力学性能,分析了应变率和点阵结构层数对夹层结构力学性能及吸能特性的影响,研究结果表明,拱形桁架点阵夹层结构具有明显的应变率效应;应变率和点阵结构层数均会对夹层结构的力学性能和吸能特性产生影响。（7）基于拱形桁架点阵结构设计-制造方法的应用验证研究:基于拱形桁架点阵结构激光选区熔化制造规律与力学性能,在两个飞行器零部件上进行了点阵结构设计-制造方法的应用验证研究,其中内部填充拱形桁架点阵结构的弹翼结构在满足其气动性及可靠性要求的前提下,减重8.1%;换热流道填充拱形桁架点阵结构后换热系数提高277.9%～296.6%。为基于激光选区熔化制造的创新设计提供了新的思路。
其他文献
泡沫铝作为结构和功能一体化的代表材料,具有优异的力学、电学、热学和磁学等性能,广泛应用于国防、航空航天、轨道交通和能源建筑等领域。但是日益严苛的使役条件亟需研究和开发更高性能的铝基复合泡沫。石墨烯具有优异的力学性能,被认为是铝基复合泡沫理想的增强相。但是传统的复合工艺无法获得在泡沫铝基体内均匀分散的石墨烯,严重限制了石墨烯增强铝基复合泡沫的开发和应用。本文采用三维盐模板结合冷冻干燥和高温还原的方法
随着信息技术快速发展,特别是5G时代的来临,促使通讯器件朝着小型化、集成化和高性能化的方向发展。微波介质陶瓷作为多种通讯器件中的关键材料,在卫星通讯、卫星定位系统（GPS）、移动通讯领等域有着广泛的应用。低温共烧微波介质陶瓷（LTCC）在微波基板和器件等方面有着重要的应用价值。LTCC材料除了需要低的烧结温度（<950℃）和与Ag电极的化学相容性之外,还需要有低的介电常数（εr<20）、高的品质因
随着现代信息通讯技术的不断发展,5G通信、IoT、智能可穿戴设备、智慧医疗的推广和应用,各类终端设备正逐步向微型化、高密度集成和高稳定性发展。微波通信器件的需求激增,低温共烧陶瓷（LTCC）技术在实现小型化的同时具有良好高频特性。与此同时也对LTCC材料提出了更高的要求:适中的介电常数、较低的介质损耗和近零的谐振温度系数,同时还需要较低的烧结温度（通常≤950℃）,并且与电极材料共烧时具有良好的化
对于稀土铌酸盐微波介质陶瓷低温烧结的研究,通常集中在低温助烧剂及液相法制备等方面。其中添加低温助烧剂虽然可以大幅降低烧结温度,但由于杂质的引入影响了陶瓷整体的性能;液相法（溶胶凝胶法）产量较低,不适用于大规模生产。为此,本文中重点研究了在不引入杂质的情况下,通过添加纳米陶瓷粉体及改进烧结工艺,降低烧结温度并提升微波介电性能,详述如下:1.首先研究了以溶胶凝胶法制备稀土铌酸盐纳米陶瓷粉体的工艺流程。
目的自主神经功能紊乱可能在癫痫猝死（SUDEP）中起到重要作用,岛叶是重要的自主神经调控高级中枢之一。本文旨在通过电点燃构建大鼠岛叶癫痫模型,探究岛叶在癫痫猝死中的作用。方法取16只雄性Wistar大鼠（180230g）,参考脑立体定位图谱,将自制双极电极植入左侧岛叶颗粒皮层以牙科水泥固定,恢复至少七天后测定后放电阈值（ADT）,次日每天点燃两次,直至出现连续5次的Ⅴ级发作。长程录像记录大鼠
镁铝尖晶石（MAS）不仅具有高熔点、低热膨胀系数和低热导率等特性,而且具有良好的抗热震性和抗碱性渣侵蚀能力。因此,MAS被广泛应用于水泥回转窑、钢包内衬和铝电解槽等领域。MAS用作耐火材料会受到MAS的致密化程度、粒径分布和晶粒尺寸等块体烧结性能的影响。而MAS的烧结性能主要受原料的活性、烧结方法和烧结助剂三个方面的影响。为此,本论文主要从原料的活性、烧结方法以及烧结助剂三个方面来研究,以期获得烧
近年来,一些Ga基微波介质陶瓷因具有低的介电常数εr和高的品质因数（Q×f）而受到研究者们的广泛关注。本文对系列新型Mg3Ga2GeO8、Mg7Ga2Ge O12和Mg4Ga4Ge3O16陶瓷的烧结特性、晶体结构、本征损耗和微波介电性能等进行了研究。同时通过Li、Ga复合取代对Mg2-2x（Li Ga）xGa4O8（x=0、0.25、0.50、0.6、0.65、0.75、0.85、1）尖晶石结构固
半固态粉末成形技术是一项前景广阔的近净成形技术,这项技术不仅兼有液态以及固态金属成形的优质特性,而且还包含粉末冶金的优点。半固态金属粉末成形技术打破了传统的枝晶凝固方式,该技术制备的成品材料具有晶粒微小、尺寸均匀、变形抗力小和成形工艺过程短等显著优点。当前对半固态粉末的转变机理的研究较为成熟,但对建立符合材料实际变化过程的本构模型并将其应用到数值模拟技术中的研究仍然处于探究阶段,对有些重要的影响因
目的:①制备牙科再生氧化锆粉体,明确提高粉体纯度的方法,探究再生氧化锆粉体成型的可行性及最佳工艺。②设置不同的预烧结参数对再生氧化锆粉坯进行预烧结,并通过与商用氧化锆预烧结体对比,明确再生氧化锆粉坯的最佳预烧结参数。③对再生氧化锆预烧结体进行终烧结,并与商用氧化锆终烧结体进行性能比较,明确再生氧化锆陶瓷应用于口腔医学的可行性。方法:①对商用氧化锆预烧结体（LavaTM Plus,3M,USA）进行
夹芯结构具有较轻的质量、较高的强度、良好的稳定性、较好的缓冲吸能效果、良好的隔音性能等诸多优势,被广泛应用于建筑材料、汽车部件、飞机构件、航海船舶等多个领域。蜂窝夹芯结构作为一种十分重要的吸能防护结构,外部突加载荷是导致其力学性能改变的重要因素。目前针对蜂窝夹芯结构在强动载荷下冲击动力学行为的研究已经趋于成熟,多方面的研究均表明夹芯结构承受外部突加载荷作用时,蜂窝芯层的易压缩性使得芯层可以通过较大