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1、隨著選擇性激光熔融(SLM)技術(shù)日漸成熟和商業(yè)化,點陣材料中的體心立方(BCC)點陣結(jié)構(gòu)及其增強單元由于具有拓撲類型簡單及各向同性等特點,且能較好地適應(yīng)SLM成型工藝,受到廣泛關(guān)注。但是體心立方點陣結(jié)構(gòu)及其增強單元不能在輕質(zhì)和高強性能上兼顧,因此,本文基于選擇性激光熔融技術(shù),以鈦合金(Ti6Al4V)為原材料,建立體心四方(BCT)點陣結(jié)構(gòu)一般模型,從理論、有限元仿真和實驗對點陣結(jié)構(gòu)進行多目標(biāo)優(yōu)化研究,以探尋兼具輕質(zhì)與高強性能的點陣構(gòu)型
2、。
首先,解除 BCC點陣單胞各向尺寸相同的約束,建立 BCT點陣結(jié)構(gòu)一般模型,進行靜力學(xué)分析。推導(dǎo)BCT點陣在均布載荷下的力學(xué)響應(yīng),通過求解剛度矩陣和能量分析得到點陣結(jié)構(gòu)力與位移的映射關(guān)系。
其次,以BCT單胞構(gòu)型尺寸為設(shè)計變量,以相對密度、初始剛度、塑性破壞強度為多目標(biāo)評價函數(shù),以點陣材料尺寸與成型工藝為約束條件,建立BCT點陣結(jié)構(gòu)構(gòu)型尺寸的多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型,采用理想點法求解得到BCT點陣單胞綜合最優(yōu)構(gòu)型尺寸。
3、
然后,將優(yōu)化得到的 BCT點陣和 BCC參照結(jié)構(gòu)進行理論和有限元仿真。采用Ti6Al4V材料通過SLM方法制備BCT與BCC參照結(jié)構(gòu)的實驗樣件,并進行準(zhǔn)靜態(tài)單向壓縮性能實驗。將理論仿真、有限元模擬和實驗結(jié)果進行對比分析,驗證理論分析結(jié)果的正確性。實例對比分析表明:BCT優(yōu)化結(jié)構(gòu)與BCC參照結(jié)構(gòu)相比,相對密度僅增加3.7%,但其彈性模量和屈服極限增加121.5%和77.3%,力學(xué)性能提升顯著。
最后,以 BCC和優(yōu)化
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