课程文献中心 更多>>

关键词： 面板堆石坝   面板钢筋施工   钢筋网片运输台车   结构优化   Midas   应力分析   变形分析  

摘要： 面板堆石坝具有工期短、造价低、适应性强等优点,在我国水利水电工程建设得到广泛应用。面板是面板堆石坝的重要防渗结构,一般设计为钢筋混凝土结构,面板施工中传统钢筋制安方法主要为载重汽车运送钢筋至坝顶,卷扬机及运料小车多次少量运输半成品钢筋由坝顶至待安装仓面,工人在斜坡面仓内进行钢筋绑扎、焊接作业。该施工方法效率低、成本高、安全风险大,已不符合高强度高质量的施工需求,面板钢筋工厂化预制、机械化施工是解决该问题的有效途径,而钢筋网片的整体机械化运输安装是其中重要一环。 论文针对钢筋网片机械化运输安装问题,设计研发了新型运输台车,实现了网片起吊提升,台车平面自行、坡面牵引,网片精准就位安装等功能,结合台车在平面、坡面运行的复杂工况,采用Midas Civil软件,开展了钢筋网片运输台车结构安全分析和优化设计。主要研究内容及成果如下: （1）针对面板钢筋网片运输安装的功能需求和实际工作工况,研发了新型钢筋网片运输台车,该台车主要由台车主桁架、台车驱动行走机构、网片调整装置、电气平台等组成,实现了网片起吊提升,台车平面自行、坡面牵引,网片精准就位安装等功能。台车配置驱动轮实现在坝顶平面行走的功能,通过坝顶设置的卷扬机牵引及台车行走轮调整实现斜面运行的功能。桁架梁上搭载网片调整装置,其中竖向液压油缸用于钢筋网片提升及网片倾斜度调整,横向液压油缸用于调整网片横向定位。钢筋网片间通过冷挤压套筒方式连接,保证钢筋网片高精度安装。 （2）结合工程现场研制的钢筋网片预制平台,设计钢筋网片运输台车平面桁架尺寸为14m*6.4m,按照钢筋网片吊点需求及油缸布置,根据钢筋网片运输台车在坝顶平面和坝坡坡面运行的两种工况,分析其主要荷载包括双层钢筋网片自重、油缸自重、操作平台自重等,按照钢结构设计理论,假设主次梁为独立结构,进行主、次梁受力分析,设计了台车桁架梁系截面I32a主梁方案。 （3）台车结构属超静定结构,结构和受力情况较为复杂,通过CAD及Midas Civil软件,建立钢筋网片运输台车三维模型,考虑两种荷载组合,对钢筋网片运输台车进行结构安全有限元分析,计算结果表明:对于I32a主梁方案,结构最大变形量35.7mm超出规范要求,最大应力262N/mm2超出Q235钢材设计允许强度。 （4）根据结构应力变形有限元分析成果,提出两种结构优化方案:1)HW25主梁方案;2)I45a主梁方案。针对两种优化方案分别开展结构应力变形分析,结果表明,HW25主梁方案,结构最大变形量为57.2mm超出规范要求,结构最大应力超出Q235允许强度265N/mm2;I45a主梁方案,结构最大变形量18.3mm满足规范要求,最大应力148N/mm2满足Q235允许强度要求,且有一定的结构设计富裕度。 （5）结合上述方案结构安全分析的应力变形计算结果,并从台车轻量化角度考虑,在HW25主梁方案基础上进一步加大截面尺寸,优化调整得到HW30主梁方案:有限元计算结果表明,该方案结构横梁、纵梁最大变形量分别为27.4mm、4.3mm,均满足规范要求,最大应力148N/mm2满足Q235钢材设计允许强度要求。考虑结构自重较轻,最终采纳此方案进行台车制作加工。 （6）论文研发设计的钢筋网片运输台车已在新疆阿尔塔什水利枢纽工程中成功应用,形成了网片工厂化预制、分段整体拼装的新工艺,实现斜坡仓号钢筋安全、精准、快速全机械化作业。该施工方法较传统施工工艺降低了坡面钢筋制安难度,提高了钢筋制安质量合格率,保证了钢筋网片接头施工质量;缩短钢筋现场焊接、绑扎所需时间,提升钢筋制安施工效率20～30%;降低工人投入,有效保证了面板钢筋施工速度。

关键词： CsPbX3量子点   外延生长   应力   稳定性   合成产量   太阳能电池  

摘要： 近年来,全无机CsPbX3（X=Cl、Br、I）胶体量子点引起了广泛的研究,这得益于其独特的光电性质,如高的缺陷容忍度、高的光致发光量子产率和狭窄的半高峰宽等,被广泛的应用于发光二极管、太阳能电池和激光器等光电器件。本论文首先研究通过引入表面应力提升钙钛矿量子点稳定性,进一步地探索面向太阳能电池应用的掺杂方法,最后探索了提升钙钛矿量子点产量的合成方法。具体研究成果如下:第一部分:使用碳酸胍作为前驱体,在CsPbI3胶体量子点表面外延生长GAPbI3原子矩阵层,通过原子矩阵层与CsPbI3胶体量子点的晶格失配提供拉伸应力的作用,量子点在表面配体去除前后的稳定性都显著提升。原子矩阵层可以提高量子点之间的有效耦合,同时能够钝化量子点表面。基于这种具有外延应力作用的CsPbI3胶体量子点的太阳能电池的光电转换效率达到14.52%。未封装的器件在储存60天后,仍可维持其初始效率的75%左右,稳定性显著提高。同时基于这种量子点的红光二极管具有7%的外量子效率。该工作为解决量子点太阳能电池传输性能与稳定性之间的矛盾提供了新的解决方法。第二部分:为了进一步研究CsPbX3胶体量子点的表面应力作用,我们使用热注射法与后处理法合成了 Ag+离子掺杂的CsPbBr3胶体量子点,系统研究了银掺杂对CsPbBr3胶体量子点表面应力、掺杂浓度调控以及光电性质的影响。通过改变Ag+离子掺杂浓度可以有效调控CsPbBr3的能带结构,基于此构筑了异质结CsPbBr3量子点的太阳能电池,其器件性能相对于未掺杂的太阳能电池有明显提升。第三部分:当前CsPbX3胶体量子点的合成方法主要依赖于二元前驱体法,这极大地限制了反应产率和元素调节。我们探索了一种更通用的三元前驱体法,来研究前驱体比例对CsPbI3量子点合成产率的影响。我们发现减小Pb/Cs投料比可以大大提高反应产率,与常规的二元前驱体方法相比,反应产量可以提高7.5倍以上,这种CsPbI3胶体量子点批量化的合成方法将为基于钙钛胶体量子点的光电应用的未来商业化提供新的视角。

关键词： 静态校核   涡动   应力分析   疲劳失效  

摘要： 随着油气资源的开采,浅层油气资源不断消耗,深层油气资源已逐渐成为目前主要的开采资源。深层资源开采难度较大,钻具钻进深度不断增加,井下钻具的钻进环境更加复杂。钻具钻进过程是钻头不断破岩的过程,钻柱和岩体相互碰撞,不断振动。钻具振动主要分为轴向振动、横向振动、扭转振动。钻柱不断振动,其内部会相应产生交变应力。交变应力的高频变化会使钻具产生疲劳损伤,钻具强度不断降低,最终钻具会产生疲劳损坏。目前采用的钻具校核方法主要为强度静态校核方法。静态校核方法主要分析钻具在重力、摩擦力、钻井液等因素的作用下所受轴向力、扭矩是否超过钻具的安全允许范围。该方法是从一种力的角度来对钻具的安全性进行评估,考虑应力因素单一,未考虑振动对钻具强度的影响。随着钻柱长度的增加,该方法逐渐无法满足实际工程需求。本文首先分析钻具强度静态校核方法,分析该方法的原理和不足,为改进钻具强度校核方法提供参考。其次调研钻具振动的基本特征,经前人研究发现涡动对钻具安全性影响较大,分析涡动对钻具失效的影响。根据钻具涡动时产生的弯曲应力、轴向力、切应力等其他应力,构建钻具的应力动态分析模型。该方法参考静态校核方法,考虑钻具反向涡动时产生的弯曲应力和钻具疲劳,利用第四强度准则,综合分析钻具钻进时的安全性。研究发现转速、钻压的变化会对钻柱安全性造成不同程度的影响,其中转速对安全性的影响较大;钻具井口部位、加重钻杆下部、钻铤部位在钻进过程存在一定程度安全风险。然后基于应力静态和动态分析模型,设计出钻具应力分析程序,为钻具应力分析提供分析工具。最后采用常规钻具设计方法,在同等条件下对钻具的钻深能力进行计算。利用钻具应力动态分析模型对钢制+铝合金钻杆的钻具组合和钢制钻杆钻具组合进行应力分析。根据分析发现,在相同的条件下相同、相近规格的钢制+铝合金钻杆的钻具组合钻深能力大于钢制钻杆钻具组合的钻深能力。长度相同的钢制+铝合金钻杆的钻具组合和钢制钻杆的钻具组合相比,钢制+铝合金钻杆的钻具组合的安全性较高。

关键词： 涡轮叶片   等几何分析   流固耦合计算   叶型优化   应力分析  

摘要： 涡轮叶片是航空发动机的核心部件,承受气动载荷的作用,服役环境复杂,其力学分析属于典型的流固耦合问题。随着航空航天工业的发展,对涡轮叶片的设计和性能要求越来越苛刻,一旦叶片失效将造成难以估计的损失,如何高效准确地对涡轮叶片进行力学分析与优化设计是十分重要的课题。等几何分析作为一种新型计算方法,将结构建模与力学分析纳入到统一的数学框架中,为多物理场分析以及结构优化提供了新的思路,并且等几何分析摒弃了传统有限元近似离散的过程,可提高计算效率、减少计算成本。基于有限元分析的流固耦合及优化设计存在网格划分困难,计算过程繁琐的特点,因此发挥等几何分析的优势对涡轮叶片进行流固耦合分析及形状优化设计具有重要的研究价值。本文考虑航空发动机涡轮叶片服役环境荷载,针对三维涡轮叶片以及二维叶型,开展了基于等几何分析的涡轮叶片流固耦合计算和叶型的形状优化设计。主要研究内容如下:首先,根据叶片气动数据利用样条曲线拟合叶型坐标点,利用UG三维建模软件构建了弯扭涡轮叶片参数化模型,为结构分析和形状优化设计奠定了基础。基于等几何分析分别计算了二维流体域与三维涡轮叶片固体域,其中流体非线性方程组采用牛顿-拉弗森迭代法求解,得到了流体域内的压力、速度以及固体域内的位移、应力数据,且与有限元分析结果非常接近。在参数化模型的基础上采用单向耦合的方式计算了涡轮叶片所在流体域的速度、压力分布情况以及叶片在流固耦合作用下的应力情况,对比分析了等几何与有限元方法的耦合数据传递误差,并阐述了基于等几何分析的流固耦合数据传递优势。然后,对二维涡轮叶片叶型进行了基于等几何分析的形状优化,获得了气动载荷作用下更小变形的叶片叶型。推导了等几何灵敏度分析列式,采用移动渐近线优化算法(Method of Moving Asymptotes,MMA)对悬臂梁分别进行了集中载荷与均布载荷下的形状优化设计,优化结果与文献对比一致,验证了程序的正确性。在叶型优化部分,将叶型与叶缘接触点位移作为目标函数,叶背控制点作为设计变量,分别在均布载荷以及真实流固耦合作用下进行了形状优化设计,得到的优化结果直接可以转为IGES文件显示。计算表明等几何形状优化以控制点作为设计变量,可以方便地改变叶型的形状,省去了分析模型与设计模型的交互过程,计算更为高效。

关键词： 磁性薄膜   柔性衬底   交换偏置   矫顽力   应力  

摘要： 柔性电子器件因其优异的伸展性和弯曲性在许多学科领域都具有重要的应用价值,对于柔性磁性材料的研究是柔性电子器件研究中的重要部分。目前,对于Ni81Fe19/Ni50Mn50磁性薄膜体系交换偏置效应的相关研究都是围绕刚性衬底进行的,而从未在柔性衬底方面尝试过。本文围绕柔性衬底聚酰亚胺（PI）上制备的Ni81Fe19/Ni50Mn50双层膜以及Ni81Fe19/Ni50Mn50/Ni81Fe19三层膜的交换偏置效应展开一系列研究工作,并使用振动样品磁强计（VSM）测量了样品的磁性。本文的主要内容与结果如下:1.通过对比在硅片和PI上制备的Ni81Fe19/Ni50Mn50双层膜,发现两种衬底上薄膜的交换偏置场大小基本相同,但PI上薄膜的矫顽力比硅衬底上的大了近1.6倍。该研究结果为制备需要高矫顽力的柔性电子器件拓宽了应用范围。2.通过对比在PI衬底上制备的Ni81Fe19/Ni50Mn50双层膜和Ni81Fe19/Ni50Mn50/Ni81Fe19三层膜,发现双层膜的交换偏置场和矫顽力始终比三层膜的大,研究结果表明交换偏置场主要来自于反铁磁体效应。该研究有助于加深理解交换偏置的物理机制,并对基于交换偏置效应的自旋电子学器件的设计有一定的指导意义。3.通过在预弯曲的PI衬底上沉积Ni81Fe19/Ni50Mn50双层膜,发现应力的变化不会影响柔性衬底上双层膜交换偏置场的大小,但是凹衬底上薄膜的矫顽力最小,凸衬底上薄膜的矫顽力最大。该研究对制备柔性电子器件具有指导意义。

关键词： 离子医院   大体积混凝土   ABAQUS二次开发   顺序热力耦合   温度场   应力场  

摘要： 随着质子和重离子技术的不断发展,世界各国都在竞相发展质子和重离子治疗设备的研制与相关机构的建设,大力推进质子重离子放疗技术与临床研究工作。由于治疗过程中产生的高能粒子流辐射穿透力强,需要通过足够密实度和厚度的混凝土来屏蔽射线辐射,造成离子医院混凝土构件体积庞大且形状复杂,同时对裂缝控制的要求高于其他大体积混凝土建筑。因此本文以合肥离子医学中心为研究对象,建立一套完整的有限元模拟方法,并对施工技术提出建议和优化。本文研究的内容主要有以下几个方面:(1)根据离子医院的结构特点,分析施工措施中的重难点,通过墙板的分层分段浇筑、混凝土配合比的调整、推移式连续浇筑和养护措施,现场裂缝控制较好。并对工程现场进行了温度监测,阐述测点的布置和数据采集方式,同时分析温度数据,验证内部温升值、降温速率、里表温差和表外温差是否超过规范值。(2)从混凝土材料参数出发,根据已有文献对混凝土水化热的研究建立双指数函数模型;通过实验数据拟合弹性模量公式;考虑氧化镁膨胀剂和混凝土收缩的影响,对混凝土的膨胀系数进行修正,提出了等效热膨胀系数。在ABAQUS二次开发的平台上,利用FORTRAN编写子程序HETVAL、USDFLD和UEXPAN,分别实现混凝土的水化热、弹性模量和热膨胀系数函数。通过对医院现场试块进行温度场和应力场模拟,验证子程序的有效性和ABAQUS顺序热力耦合的可行性。(3)为了得到医院整体结构的温度场和应力场分布规律,对其进行有限元分析。温度场结果显示温度模拟值和监测值吻合度较高,当墙板厚度较大时,内部峰值温度较接近,受边界条件的影响较小,“生死单元”能很好的实现结构分层分段浇筑。根据应力场模拟结果指出结构最不利位置,模拟结果显示峰值应力一般出现在混凝土表面和两次浇筑的交界面,同时在整个养护过程中并未出现贯通性裂缝,证明医院施工措施的可靠性。(4)为进一步讨论结构分层厚度和分段方式对温度场和应力场的影响,设计了板分层和墙分段的参数变化方案,并进行有限元模拟。同时分析入模温度和配合比中水泥含量对结构峰值温度的影响。

关键词： 谐波减速器   短杯柔轮   应力   疲劳寿命   有限元分析  

摘要： 谐波减速器因其大传动比、高承载、小体积的优点而受到广泛的应用,受应用场合使用条件的限制,无论是工业机器人还是航空航天设备留给谐波减速器的空间都越来越紧凑。短杯柔轮大大缩小了谐波减速器的体积,但也随之带来了易产生疲劳破坏的问题,目前有关短杯柔轮的理论研究还较少,制约了相关谐波减速器的研制。本文通过理论分析、有限元计算和性能试验三者的有机结合,对短杯柔轮谐波传动的疲劳寿命展开了研究。将短杯柔轮分为筒体和筒底两部分,分别建立相应的位移函数,结合几何方程推导出柔轮的理论应力计算方法。用Matlab编程对位移函数和理论应力进行数值求解,并与有限元值进行比较。然后基于应力、应变和临界平面三种疲劳寿命分析方法依次对短杯柔轮的筒体和筒底进行了疲劳寿命的计算,再采用Fe-safe软件进行短杯柔轮的疲劳寿命有限元计算。比较各方法计算所得的疲劳寿命,分析了差异的原因。在此基础上,用正交法对短杯柔轮设计参数关于其疲劳寿命的灵敏度展开了分析,应用遗传算法对现有的某型号短杯柔轮进行了参数优化设计,优化后短杯柔轮的理论疲劳寿命为优化前的7.3倍。最后设计并搭建了谐波减速器的刚度试验装置与疲劳寿命试验台,对优化前后的两种谐波减速器样机均进行了刚度测量与疲劳寿命测试。在刚度满足标准的前提下,短杯柔轮的疲劳寿命提高到了180分钟以上,满足了设计要求。本文的研究成果丰富了短杯柔轮的设计方法,对提高短杯柔轮谐波传动的疲劳寿命具有一定的指导意义。

关键词： 增强型地热系统   渗透率   THM三场耦合   应力  

摘要： 干热岩地热资源分布广、储量大,且具有清洁、稳定、可再生的特点,近年来受到世界各国的广泛关注。增强型地热系统(Enhanced Geothermal System,EGS)是目前干热岩开采最有效的手段。在EGS系统中,循环工质在裂隙储层内的传输过程涉及到温度场、渗流场与应力场之间相互耦合,即热流固耦合(thermal-hydraulic-mechanical,THM)。因此,准确评估THM耦合效应对储层参数的影响并合理预测EGS的采热能力及热稳定性,对EGS工程设计及运行有重要意义。基于此,本文建立了双重介质THM耦合模型,对低温工质在裂隙岩体内的传热传质过程开展数值模拟研究,通过分析基质和裂隙渗透率与应力耦合作用下储层中三场的变化规律,揭示了裂隙岩体渗透特性对EGS采热性能的影响,并对运行参数和储层物性参数进行敏感性分析,提出了提高采热速率的同时延长地热系统运行寿命的开采策略。首先,基于描述多孔介质内部流动传热问题与地质力学问题的控制方程,考虑水的热物性参数随温度和压力变化的情况,建立了EGS裂隙储层内三场耦合的数学模型。通过推导一维岩体热弹性岩柱温度场的表达式,得到一维条件下饱和岩柱热弹性固结计算模型温度场的解析解。通过设置初值和边界条件,将已搭建的三场耦合模型的数值解与推导得出的解析解进行对比,以验证模型的正确性。其次,基于蒙特卡洛方法构建了二维随机裂隙网络,并对控制方程的相关参数以及初始及边界条件进行设置。分析了基质和裂隙渗透率随应力动态变化时储层THM三场变化规律。结果表明:在热应力与水压力共同作用下,基质渗透率逐渐减小,裂隙渗透率呈指数式增加,采热速率主要由裂隙渗透率的动态变化决定,但如果忽略基质渗透率的动态变化,预测的裂隙渗透率比实际提高41.8%,热突破时间提前,会低估近2年的系统运行寿命。因此,在建立THM耦合模型时需要同时考虑裂隙和基质渗透率与应力的耦合作用,以提高预测精度。最后,基于上述模型,通过改变注射井水温、注采压差、基质导热系数等参数以及改变注采井网的布置方式,研究运行参数和储层物性参数对EGS采热性能的影响。研究发现提高注射井水温和注采压差有利于提升储层的采热能力,但同时会促进储层热突破现象的发生,降低系统的运行寿命和热稳定性。基质热膨胀系数增大,可以提升储层的采热能力,使热突破提前,缩短储层的运行寿命。基质热膨胀系数越大,储层内基质与裂隙间越容易发生热窜流。基质导热系数和有效应力系数的改变对EGS采热性能的影响很小,可以忽略不计。在合理的范围内增大井间距可以有效的提升储层的采热能力和热稳定性。增加注射井数目对储层的热突破时间没有显著影响,但会造成储层内流体流量和储层压力的累积,从而影响储层的热稳定性和采热性能。因此,采用先低后高的分阶段调节注射水温方法、设置合理的注采压差以及合理的注采井网布置能够在提高系统采热速率的同时延长运行寿命。

关键词： X70钢   温度   压力   应力   腐蚀   阴极保护   氢渗透  

摘要： 管线钢具有较高强度和良好的断裂韧性,广泛应用于远距离输送石油和天然气。然而,海洋环境的复杂性一直是影响油气开采过程的重要因素。受温度、压力等多种因素的影响,管线钢会发生腐蚀,造成巨大的安全隐患。因此研究管线钢在海水中受温度、压力以及应力影响的腐蚀行为、阴极极化以及氢渗透行为迫在眉睫。 本文通过动电位极化曲线、电化学阻抗谱测试、氢渗透实验,借助扫描电子显微镜和X射线衍射仪,研究了温度和应力对X70钢在模拟海水中的腐蚀行为、阴极极化和氢渗透行为的影响,以及压力对X70管线钢的腐蚀行为和阴极保护的影响。 随着温度的升高,X70钢的自腐蚀电位Ecorr减小,自腐蚀电流密度Icorr增大,电荷转移电阻R_t、腐蚀产物膜电阻R_f减小;随着浸泡时间的延长,在25℃、40℃、60℃时,R_t和R_f下降,腐蚀产物呈疏松的团簇状和颗粒状;在80℃和95℃时,R_t和R_f上升,腐蚀产物均匀且致密;随着温度的升高和浸泡时间的延长,溶液电阻Rs减小,腐蚀产物膜吸附电容Q_f和常相位角元件Qdl增大。在相同温度下,随着阴极极化电位的负移,容抗弧的半径、阻抗模值、R_t、相角峰值均先增大后减小。随着阴极极化电位的负移,特征频率fh初期变化幅度小,之后显著增大,这与析氢反应的速度变化有关;25℃-80℃的温度范围内,相同阴极保护电位下,随着温度的升高,由于析氢反应的速度加快,特征频率fh增大、R_t和Qdl减小、最佳保护电位和Qdl极大值所对应的电位正移。fh和Qdl在95℃时略有不同,这可能与溶解氧的含量降低有关。随着温度的升高和阴极极化电位的负移,氢扩散系数D、稳态电流密度I∞和表面吸附氢原子的浓度C0均增加。 随着外加压力的增大,Ecorr减小,Icorr增大。这表明X70钢的腐蚀速率随着外加压力的增大而增大。随着阴极极化电位的负移,容抗弧半径、低频阻抗模值和电荷转移电阻R_t均先增大后减小,这表明X70钢的电极反应速度先减小后增大。随着阴极极化电位的负移,相角的峰值和常相位角元件Qdl先增大后减小,特征频率fh先减小后增大。此外,随着外加压力的增大,电荷转移电阻R_t减小,表明X70钢的电极反应速率增加,这与极化曲线得出的结果一致。同时,常相位角元件Qdl先增大后减小,特征频率fh在极化电位低于-850 m ***/Ag Cl时先减小后增大。而且,最佳保护电位随着外加压力的增大而负移。 随着应力的增加,Ecorr和Icorr增大。这表明应力使X70钢的腐蚀速率加快。在相同的应力下,随着阴极极化电位的负移,容抗弧半径、阻抗模值、电荷转移电阻R_t和相角的峰值均先增大后减小,特征频率先向低频处移动然后向高频处移动。应力对X70钢的最佳保护电位基本没有影响。在相同的极化电位下,随着应力的增大,电荷转移电阻R_t减小,这表明X70钢的电极反应速率增加。此外,稳态渗氢电流密度I∞、氢扩散系数D和可扩散氢浓度C0均增大,这表明氢脆敏感性增强。但是,在75%YS和100%YS这两个应力下,渗氢电流密度达到稳态后略微减小。

关键词： 激光选择性熔化   扫描策略   有限元分析   温度场   应力场  

摘要： 激光选择性熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术是一种新型的增材制造技术,其成型原理是利用高能量密度的激光输入能量,根据预先设定的轨迹进行扫描,使粉末材料有序熔化,形成熔池,再经冷却凝固成型,SLM技术由于可以快速成型出力学性能良好,且具备较高致密度的复杂金属零件而得到快速发展,但该工艺仍然存在一定缺陷,如难以成型较大尺寸零件,且成型件内部存在残余应力以及翘曲变形程度大等问题。因此,本文在实现切片文件可视化的基础上,设计一种适用于多振镜3D打印平台的路径规划算法,并基于数值模拟,对比路径规划后扫描策略相比于源文件内扫描策略的优劣。主要研究内容如下:(1)切片文件的数据处理及系统实现。采用Visual C++与MATLAB混合编程的开发方法,结合软件工程的科学方法论,完成多振镜3D打印平台数据处理系统的设计,实现AFF(Auto Fab Fabrication Format)切片文件的解析、读取与多模式下的可视化功能。在可视化过程中,发现源文件内扫描线均为长直线,这会导致成型件内部存在较大的残余应力,于是在软件系统设计中为路径规划模块预留接口。(2)路径规划算法的设计与实现。基于常见的扫描策略,结合多振镜3D打印平台的结构特点,设计一种新型的路径规划算法,其中层内扫描策略为分区式螺旋扫描,确保相邻分区内扫描线方向正交,并在相邻扫描线间添加首尾相接的过渡线条,减少空行程;层间扫描策略的设计则考虑到拼接区域影响成型件性能的问题,于是确保各区域的扫描中心点随层数叠加周期性偏移,实现层间搭接。为了验证路径规划算法的优势,将基于数值模拟进行两种扫描策略的对比研究。(3)SLM过程的温度场模拟。基于ANSYS有限元软件,构建SLM工艺的多层成型模型,对比分析了源文件内扫描策略与路径规划后扫描策略下成型件单层、多层扫描成型不同时刻的温度场分布情况,并选取各层中心点作为采样节点,研究各节点的热循环温度曲线,数据表明路径规划后扫描策略下“快冷快热”现象有所减少,有助于避免较大的温度梯度。(4)SLM过程的应力场模拟。在温度场模拟结果的基础上,采用顺序耦合分析方法,完成两种扫描策略下成型件的应力场模拟,并对比分析其应力场分布与翘曲变形程度,实验结果显示,无论是应力数值大小,采样路径上应力波动程度以及最大翘曲变形量,路径规划的扫描策略相比源文件内扫描策略均有一定程度的改善,符合温度场分析结果,验证了路径规划算法的优势。