輕量化設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中研究的重點(diǎn),通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在保證質(zhì)量減輕或者不變的前提下,提高結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能是研究的難點(diǎn)。圓管作為常見的輕量化設(shè)計(jì)元素被結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)廣泛利用,對于圓管其承壓與吸能特性的研究也較為熱門,但多集中于研究其軸向的承壓吸能特性,對于徑向承載性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)較少。本文以毛竹為研究對象,探究了毛竹徑向材料、結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能之間的聯(lián)系。發(fā)現(xiàn)在毛竹壁徑向截面中,由薄壁細(xì)胞和維管束組織組成的枝狀結(jié)構(gòu)具有分壓作用;竹節(jié)加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)對毛竹筒的支撐作用明顯。以此提煉出仿竹壁枝狀分壓結(jié)構(gòu)和仿竹節(jié)加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)作為仿竹徑向結(jié)構(gòu)剛性管的設(shè)計(jì)要素。通過建模和有限元分析優(yōu)選得到了徑向承壓性能較好的內(nèi)嵌六邊形仿竹結(jié)構(gòu)剛性管模型,并采用6mm圓角優(yōu)化了局部應(yīng)力集中,使得仿竹結(jié)構(gòu)剛性圓在徑向承壓吸能方面受力更加均勻,結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。然后針對優(yōu)選的仿竹結(jié)構(gòu)剛性管模型,通過TIG工藝試驗(yàn)得出當(dāng)增材電流為130A,增材速度為20cm/min,送絲速度為0.6m/min時所得到樣品尺寸及質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。通過路徑規(guī)劃得出旋轉(zhuǎn)交錯增材的方法,保證增材過程的穩(wěn)定性及平整度。最后通過TIG增材獲得以316L為原材料的仿竹徑向結(jié)構(gòu)剛性管... 

【文章來源】：南京理工大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

貝殼珍珠層結(jié)構(gòu)示意圖

1緒論碩士學(xué)位論文4圖1.2蜘蛛絲結(jié)構(gòu)模型人們對蜘蛛絲這種高強(qiáng)高彈的性能進(jìn)行了研究，從而運(yùn)用于防彈衣的制造，使防彈衣的抗彈性能進(jìn)一步提高。動物骨骼具有著外強(qiáng)內(nèi)弱性能，從外觀上看兩端大中間細(xì)這樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)削弱了應(yīng)力集中。這種啞鈴狀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得骨頭具有天然的高抗拉強(qiáng)度和斷裂韌性，這些主要來源于動物運(yùn)動中承受壓應(yīng)力沖擊的需要自然形成的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[13]。有研究發(fā)現(xiàn)按照這周結(jié)構(gòu)特點(diǎn)做成的短纖維其增強(qiáng)效果是普通平直纖維的1倍以上。白朔等[14]利用這種骨骼結(jié)構(gòu)將這種形狀的晶須對聚氯乙烯進(jìn)行增強(qiáng)得到復(fù)合材料，通過對這種啞鈴型的仿生晶須增強(qiáng)的復(fù)合材料進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)不但能夠提高其強(qiáng)度，而且延伸率也大大提高。胡巧玲等[15]對骨骼結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，對骨折所用的固定材料做出了改進(jìn)創(chuàng)新，將仿骨結(jié)構(gòu)融入其中，提高了骨折固定材料的高抗彎強(qiáng)度，剪切強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，它的強(qiáng)度可以是人體骨骼的兩到三倍。1.3.2仿生竹結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀在大自然中，竹子是具有高彈性高強(qiáng)度高韌性的優(yōu)良力學(xué)結(jié)構(gòu)的生物[16]。它具有較小的收縮量，但是它的靜曲強(qiáng)度、彈性以及強(qiáng)度是普通木材的兩倍[17]。其比強(qiáng)度為鋼材的二十五倍。毛竹中力學(xué)性能最佳的抗拉強(qiáng)度可相當(dāng)于最好的鋁合金材料[18-21]。在竹子中薄壁細(xì)胞組織和由厚壁細(xì)胞組成的維管束各自占了百分之五十。維管束中大部分是顯微組織，這些纖維組織是構(gòu)成竹子的基體組織，它讓竹子能夠有高的韌性和彈性。研究表明[22]，竹子薄壁中的纖維結(jié)構(gòu)體積分?jǐn)?shù)在截面徑向方向上呈現(xiàn)為逐漸減小的分布規(guī)律，竹纖維由多層厚薄相似的層以不同的升角進(jìn)行分布，在厚層和薄層中，其纖維的夾角分布也不同，其中厚層為3°到10°，薄層為30°到45°，這種變化規(guī)律使得竹子層間結(jié)合更加緊密，同時可以避免大的變形?

1緒論碩士學(xué)位論文6圖1.3四種增材方法的比較絲材電弧增材精度低，不如其他增材方式，但是其適用于更多的材料種類、成本低、效率高，是與其他增材方式形成互補(bǔ)的增材方式。西屋電器BAKER在20世紀(jì)初已經(jīng)申請了一項(xiàng)通過電弧增材來獲得金屬構(gòu)件的專利[32]。二十世紀(jì)末，隨著電弧增材與數(shù)字化控制的結(jié)合，電弧增材在制造復(fù)雜構(gòu)件上的優(yōu)勢才被突顯出來，從而國內(nèi)外研究人員才開始著手于電弧增材的研發(fā)工作。1.4.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)的絲材的電弧增材的研究方法有非熔化極的TIG和等離子以及熔化極的MIG和CMT。尹玉環(huán)等[33]將TIG焊作為電弧增材的熱源，并將其用于材料5356鋁合金進(jìn)行電弧增材實(shí)驗(yàn)中，通過對增材過程中道間冷卻和層間冷卻從而獲得良好的增材質(zhì)量。趙孝祥等[34]對焊道寬度與焊接電流關(guān)系進(jìn)行了研究，道寬隨電流的增加而增加，對焊接路徑與道寬的關(guān)系進(jìn)行研究，直線與圓虎直線與直線和圓弧與圓弧這三種路徑中，直線圓弧路徑的道寬最小，直線與直線路徑的道寬最大。王湘平等[35]通過對切片算法的進(jìn)行了優(yōu)化，研究出可在厚度和方向上自適應(yīng)調(diào)節(jié)的多軸電弧增材方法，實(shí)現(xiàn)了一種大懸臂結(jié)構(gòu)無支撐的制造，在該結(jié)構(gòu)的增材過程中采用了8軸的機(jī)器人，通過這種技術(shù)制造出了漸縮式螺線管結(jié)構(gòu)如圖1.4所示，以該實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)驗(yàn)證了這種切片算法的有效性。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鋪層順序?qū)?fù)合材料薄壁圓管軸向壓潰吸能特性的影響研究[J]. 解江,張雪晗,蘇璇,牟浩蕾,周建,馮振宇,藍(lán)元沛.  工程力學(xué). 2018(06)
[2]鋁合金薄壁多角管軸向沖擊吸能特性研究[J]. 孫宏圖,王健,申國哲,胡平.  機(jī)械強(qiáng)度. 2018(01)
[3]鋁合金電弧填絲增材制造技術(shù)研究[J]. 從保強(qiáng),蘇勇,齊鉑金,趙罡,王強(qiáng),祁澤武.  航天制造技術(shù). 2016(03)
[4]MIG焊參數(shù)及路徑對增材制造熔敷層尺寸的影響[J]. 趙孝祥,孫策,葉福興,羅震.  焊接. 2016(04)
[5]電弧増材制造厚壁結(jié)構(gòu)焊道間距計(jì)算策略[J]. 柏久陽,王計(jì)輝,林三寶,楊春利,范成磊.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2016(10)
[6]金屬材料增材制造技術(shù)[J]. 黃春平,黃碩文,劉奮成.  金屬加工(熱加工). 2016(02)
[7]面向WAAM無支撐制造大懸臂的自適應(yīng)切片[J]. 王湘平,張海鷗,王桂蘭.  華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2016(01)
[8]電弧增材成形中熔積層表面形貌對電弧形態(tài)影響的仿真[J]. 周祥曼,張海鷗,王桂蘭,柏興旺.  物理學(xué)報(bào). 2016(03)
[9]天然樹木和竹子纖維材料的力學(xué)性能及仿生研究進(jìn)展[J]. 尹維,田煜,陶大帥,劉哲瑜,韓志武,張俊秋.  科學(xué)通報(bào). 2015(31)
[10]變徑管與薄壁圓管軸向壓縮過程研究[J]. 徐龍江,雷君相,高貴杰.  機(jī)械工程與自動化. 2015(03)

博士論文
[1]多層單道GMA增材制造成形特性及熔敷尺寸控制[D]. 熊俊.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[2]基于TIG堆焊技術(shù)的熔焊成型軌跡規(guī)劃研究[D]. 胡瑢華.南昌大學(xué) 2007

碩士論文
[1]焊接快速成形316L不銹鋼的組織和性能研究[D]. 賀立華.南昌航空大學(xué) 2015
[2]仿竹結(jié)構(gòu)的新型復(fù)合材料管的制備和研究[D]. 曹建.東華大學(xué) 2008



本文編號：3005703