双面堆积对电弧增材制造直壁件变形及应力的影响

针对传统电弧增材制造单面堆积所导致单向热累积问题,文中提出采用双面堆积的策略,即在基板的两面交替堆积相同的材料来平衡传统单面堆积的单向热输入产生的围绕成形件中性轴的较大的弯矩,从而减小单面堆积成形件的单向翘曲变形,并通过单道4层直壁零件的单面堆积和双面堆积的热力耦合数值仿真和对应的试验进行验证。研究结果表明,双面堆积策略可有效减小基板和直壁件的翘曲变形,改善成形件残余应力分布,从而验证了所提出策略的有效性。文中的研究结论可以为电弧增材“形、性”并行的调控提供理论依据和参考。     

基于神经网络的电弧增材制造铝合金力学性能预测

目的 预测不同工艺参数下电弧增材制造铝合金的力学性能。方法 通过实验建立了电弧增材制造6061铝合金及Ti C增强6061铝合金力学性能的数据集,并建立了一种以焊接电流、焊接速度、脉冲频率、TiC颗粒含量为输入,以屈服强度和抗拉强度为输出的神经网预测模型,对比了反向传播神经网络(BP)、粒子群算法优化BP神经网络(PSO-BP)、遗传算法优化BP神经网络(GA-BP)3种预测模型的精度。结果 与BP模型和PSO-BP模型相比,GA-BP预测模型具有更好的预测精度。其中,GA-BP模型预测6061铝合金屈服强度最佳结果的相关系数(R)为0.965,决定系数(R²)为0.93,平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)为2.35,均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)为2.67;预测Ti C增强的6061铝合金抗拉强度最佳结果的R=1,R²高达0.99,MAE为0.46,RMSE为0.49,GA-BP具有良好的预测精度。结论 BP、PSO-BP、GA-BP 3种神经网络模型可以用来预测电弧增材制造...     

资源约束下产品开发任务调度的多目标优化

鉴于产品开发任务调度过程中存在资源约束问题和学习与遗忘效应,需要对多个目标进行优化决策,通过定义资源平均利用率并提出学习遗忘效应矩阵,结合耦合设计的多阶段迭代模型,以各阶段资源利用率为约束条件,建立资源约束下考虑学习与遗忘效应的任务调度时间与成本的多目标优化数学模型.采用带精英策略的非支配排序遗传算法求解得出Paret...     

基于制造工艺约束的数控插齿机中床身拓扑优化设计

为解决立式数控插齿机中床身的拓扑优化结果在工程上加工制造困难的问题,建立了带有制造工艺约束的拓扑优化模型,采用OptiStruct对中床身进行拓扑优化设计,得到了约束条件含有体积分数及同时含有体积分数和制造工艺的2种拓扑优化结果.对比分析了2种拓扑优化结果,表明基于制造工艺约束的拓扑优化设计的中床身结构有更好的铸造性能...     

双面堆积对电弧增材制造直壁件变形及应力的影响

针对传统电弧增材制造单面堆积所导致单向热累积问题,文中提出采用双面堆积的策略,即在基板的两面交替堆积相同的材料来平衡传统单面堆积的单向热输入产生的围绕成形件中性轴的较大的弯矩,从而减小单面堆积成形件的单向翘曲变形,并通过单道4层直壁零件的单面堆积和双面堆积的热力耦合数值仿真和对应的试验进行验证.研究结果表明,双面堆积策略可有效减小基板和直壁件的翘曲变形,改善成形件残余应力分布,从而验证了所提出策略的有效性.文中的研究结论可以为电弧增材"形、性"并行的调控提供理论依据和参考.     

多材料负泊松比微结构拓扑优化设计

复合材料优化设计为负泊松比结构提供更大的设计空间,可以充分挖掘材料的各种潜力.为实现多材料负泊松比微结构拓扑优化设计,文中基于序列插值法,对多材料密度进行归一化处理,得到了多材料插值模型,该模型能够使多材料在设计域内向不同材料点集合,可以在单一设计变量下完成多材料拓扑优化设计,无需增加额外设计变量.结合能量均匀化理论,以等效负泊松比为优化目标,进行相应的灵敏度分析,对优化模型进行求解,最终得到了具有负泊松比效应的多材料微结构.然后根据优化结果,对拓扑构型进行重构,并进行有限元分析,得到的结构具有负泊松比效应,结果表明,该方法能有效实现多材料负泊松比微结构拓扑优化设计.     

焊接速度对电弧增材熔池流动及焊道形貌影响的数值模拟研究

焊接速度对电弧增材成形过程中传热传质以及焊道成形有重要影响，为探究其影响机理，建立TIG电弧增材成形过程的三维瞬态数值模型，采用VOF方法追踪熔池自由界面，研究不同焊接速度下单道熔积成形过程中的传热及熔池流态，并分析焊接速度对单道焊道形貌的影响。数值模拟结果表明，随着焊接速度减小，熔池的热积累增强，体积增大，熔池表面峰值温度提高，弧坑深度也加深；同时，在电磁力和熔池表面力的共同作用下，熔池表面流速峰值随焊接速度减小而减小，熔池内部流速增大，对流更充分。此外，随着焊接速度减小，成形焊道的宽度和高度均有不同程度的增加。相同条件下的试验与数值模拟的焊道轮廓对比验证了数值模拟结果的有效性，研究结论可为电弧增材技术的工艺参数调控提供理论支撑和依据。     

基于拓扑优化的高承载类蜂窝夹层结构设计

针对传统蜂窝夹层结构构型单一、共面方向承载性能不足的问题,以蜂窝夹层单胞体积模量最大化为优化目标,建立蜂窝夹层单胞拓扑优化模型,基于能量均匀化理论进行蜂窝夹层单胞等效属性评价,采用改进的优化准则法求解,得到结构边界清晰的类蜂窝夹层单胞,通过有限元仿真得到了所优化类蜂窝夹层结构的静力承载和抗冲击性能,并通过实验测试了所优化夹层结构的力学性能.仿真与实验对比研究表明,拓扑优化方法能有效实现类蜂窝夹层构型的创新设计,所优化的类蜂窝夹层结构在共面方向上承载性能较传统六边形蜂窝夹层结构更优.     

结构拓扑优化中敏度过滤技术研究

为了抑制连续体结构拓扑优化结果中的棋盘格和灰度单元问题,借鉴粒子群优化算法中粒子状态的更新方法,提出一种改进的敏度更新技术.以结构的柔度最小为优化目标,构建了基于固体各项同性微惩罚结构的结构拓扑优化模型,根据结构的力学响应分析,采用优化准则法进行设计变量更新,进行载荷作用下二维连续体结构的拓扑优化设计,得到了材料在设计域内的最优分布.通过与已有敏度过滤技术的对比分析,验证了文中方法的正确性和有效性．     

搭接中心距对电弧增材熔池流动及熔积层形貌影响的数值模拟

搭接中心距对电弧增材搭接熔积的熔池流动及熔积层形貌有重要影响,为探究其影响机理,建立了钨极气体保护焊(Tungsten inert gas welding, TIG)电弧增材成形过程的三维数值模型,研究了不同搭接中心距对熔池流动及熔积层形貌的影响。结果表明：不同搭接中心距下熔池表面温度峰值相近,约为1900 K,表面流速呈非对称的双峰式分布。当搭接中心距小时,由于第一道焊道的支撑作用,使得第二道焊道横截面熔池流动和形貌不对称,熔池深而窄,熔池流动为单向的顺时针环流,左侧流速普遍大于右侧;随着搭接中心距的增大,第一道焊道的支撑作用逐步减弱,使得搭接焊道横截面熔池流动逐渐变为以第二道焊枪中心线为对称轴,左侧顺时针、右侧逆时针的两个环流,两侧流动逐渐对称,搭接熔池宽度逐渐增大、深度逐渐减小,两焊道逐渐分离并出现波谷,当搭接中心距为6 mm时熔积层形貌最平整。模拟与试验结果基本吻合,本研究结果可为电弧增材工艺参数调控提供理论支撑。