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航空航天
发布时间：
2023-11-14 11:08
来源：
《基于轮廓法残余应力测量金沙8888js官方的新模拟方法的开发》
1．项目背景需求
南京航空航天大学（以下简称为南航）现正在开展增材制造部件的变形和残余应力以及相关的热机械性能模拟预测研究。这些工作非常的耗时，需要大量的模拟计算，同时还需要复杂材料数据包括升温条件下的材料行为数据（硬化模型）。
南航正在开发基于静态结构有限元分析的更简单的模拟方法，通过“约束力”假定就可以比较容易的预测测量部件中的形变和残余应力。前期的研究工作对比了静态结构有限元模拟计算得到的形变结果、热机械有限元模拟计算结果和实验结果，取得了相对比较好的可比性。在此基础上，更进一步假设如果该方法可以预测有不同打印层数的增材制造部件残余应力分布，就可以先分别计算有 n 打印层和 n+1 层部件的残余应力并通过简单的减法就可以得到最后一层打印而引入的残余应力。通过测量得到残余应力在不同样品内的分布，从而可以对模拟计算进行对比验证及优化，是尤为重要的部分。
2．项目实施内容
测量增材制造部件中的残余应力可以通过不同的方法，但考虑到样品的厚度比较小，并且需要高空间分辨率的数据来和模拟结果进行对比，因此轮廓法是最符合项目要求的残余应力测量方法。针对该轮廓法测量残余应力项目，人员配置主要有电火花慢走丝切割金沙8888js官方员，切面微变形轮廓测量金沙8888js官方员，以及轮廓法残余应力数据分析专家组成。由于项目包含的测量样品数量较多，项目的周期为 3 个月。
针对轮廓法的需要，我院配备了沙迪克电火花线切割机，海克斯康三座标测量仪，Alicona G5 三维变焦轮廓测量仪等实验设备，另外配备 Matlab，ABAQUS，Python等模拟计算软件以及专有的轮廓法数据分析软件包。项目负责人拥有应力测量相关的博士学位，残余应力方面的专业知识丰富，同时具备多年的应用多种方法（包括轮廓法，XRD，中子衍射，盲孔法等）测量残余应力的经验，为国际上多家知名单位完成残余应力测量项目。
图1为轮廓法测量设计的增材制造样品牺牲材料示意图
为完成该项目，我院为所有样品预制了专用夹具以使得样品在切割过程中不会因为应力的释放而移动；设计和制作牺牲材料（Sacrificial material）并安装到被测样品测量区域的外表面上（如图1所示）。牺牲材料主要是为了避免在电火花线切割过程中由于切割面积的突然改变而导致的切割缺陷，尤其是在切割线的进出口位置。将准备好的样品固定在电火花切割机台上，预制夹具将确保样品在切割过程中不会移送，同时也避免外力导致样品产生额外的变形而影响测量；然后进行慢走丝线切割，将样品分割为两部分（如图2所示）；再利用三座标测量仪对切割表面进行轮廓测量，并运用线弹性模型计算得到纵向应力在切割面上的二维分布。
图2电火花线切割方向的示意图
3．项目攻关成果
经过轮廓法测量，我们最终得到了纵向应力在各个样品的切割面上的二维分布（如图3所示）。通过获得残余应力的在不同样品内的二维分布，南航研究了不同打印层数对残余应力的影响，进而对基于静态结构有限元分析的更简单的模拟方法进行了验证。这项工作为南航的后续进一步优化模型以运用于不同材料及打印参数提供了很好的支撑。
残余应力作为增材制造领域的一关键研究领域，如果能通过简单快速的模型模拟进行预测，将能加快增材制造金沙8888js官方的迭代速度，最终将产生难以估量的社会经济价值。因此南航也后续与研究院签订了多期轮廓法残余应力的测量研究合作项目。
图 3 纵向残余应力在各个样品的切割面上的分布
附件：合作单位及项目负责人简介
南京航空航天大学创建于1952年10月，是新中国自己创办的第一批航空高等院校之一。1978年被国务院确定为全国重点大学；1981年经国务院批准成为全国首批具有博士学位授予权的高校；1996年进入国家“211工程”建设；2000年经教育部批准设立研究生院；2011年，成为“985工程优势学科创新平台”重点建设高校；2017年，进入国家“双一流”建设序列。学校现隶属于工业和信息化部。2012年12 月，工业和信息化部、中国民航局签署协议共建南京航空航天大学。2018年12月，工业和信息化部、教育部、江苏省共建南京航空航天大学。
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