輕量化設計是結構設計中研究的重點,通過結構設計在保證質(zhì)量減輕或者不變的前提下,提高結構的力學性能是研究的難點。圓管作為常見的輕量化設計元素被結構設計廣泛利用,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)化設計較少。本文以毛竹為研究對象,探究了毛竹徑向材料、結構及力學性能之間的聯(lián)系。發(fā)現(xiàn)在毛竹壁徑向截面中,由薄壁細胞和維管束組織組成的枝狀結構具有分壓作用;竹節(jié)加強筋結構對毛竹筒的支撐作用明顯。以此提煉出仿竹壁枝狀分壓結構和仿竹節(jié)加強筋結構作為仿竹徑向結構剛性管的設計要素。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)嵌六邊形仿竹結構剛性管模型,并采用6mm圓角優(yōu)化了局部應力集中,使得仿竹結構剛性圓在徑向承壓吸能方面受力更加均勻,結構更加穩(wěn)定。然后針對優(yōu)選的仿竹結構剛性管模型,通過TIG工藝試驗得出當增材電流為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)量符合設計要求。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構剛性管... 

【文章來源】：南京理工大學江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

貝殼珍珠層結構示意圖

1緒論碩士學位論文4圖1.2蜘蛛絲結構模型人們對蜘蛛絲這種高強高彈的性能進行了研究，從而運用于防彈衣的制造，使防彈衣的抗彈性能進一步提高。動物骨骼具有著外強內(nèi)弱性能，從外觀上看兩端大中間細這樣的結構特點削弱了應力集中。這種啞鈴狀的結構特點使得骨頭具有天然的高抗拉強度和斷裂韌性，這些主要來源于動物運動中承受壓應力沖擊的需要自然形成的結構特點[13]。有研究發(fā)現(xiàn)按照這周結構特點做成的短纖維其增強效果是普通平直纖維的1倍以上。白朔等[14]利用這種骨骼結構將這種形狀的晶須對聚氯乙烯進行增強得到復合材料，通過對這種啞鈴型的仿生晶須增強的復合材料進行檢測發(fā)現(xiàn)不但能夠提高其強度，而且延伸率也大大提高。胡巧玲等[15]對骨骼結構進行研究，對骨折所用的固定材料做出了改進創(chuàng)新，將仿骨結構融入其中，提高了骨折固定材料的高抗彎強度，剪切強度和抗壓強度，它的強度可以是人體骨骼的兩到三倍。1.3.2仿生竹結構的研究現(xiàn)狀在大自然中，竹子是具有高彈性高強度高韌性的優(yōu)良力學結構的生物[16]。它具有較小的收縮量，但是它的靜曲強度、彈性以及強度是普通木材的兩倍[17]。其比強度為鋼材的二十五倍。毛竹中力學性能最佳的抗拉強度可相當于最好的鋁合金材料[18-21]。在竹子中薄壁細胞組織和由厚壁細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構體積分數(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)律使得竹子層間結合更加緊密，同時可以避免大的變形?

1緒論碩士學位論文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的增材方式。西屋電器BAKER在20世紀初已經(jīng)申請了一項通過電弧增材來獲得金屬構件的專利[32]。二十世紀末，隨著電弧增材與數(shù)字化控制的結合，電弧增材在制造復雜構件上的優(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鋁合金進行電弧增材實驗中，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系進行了研究，道寬隨電流的增加而增加，對焊接路徑與道寬的關系進行研究，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行了優(yōu)化，研究出可在厚度和方向上自適應調(diào)節(jié)的多軸電弧增材方法，實現(xiàn)了一種大懸臂結構無支撐的制造，在該結構的增材過程中采用了8軸的機器人，通過這種技術制造出了漸縮式螺線管結構如圖1.4所示，以該實驗為基礎驗證了這種切片算法的有效性。

【參考文獻】：
期刊論文
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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 2015
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本文編號：3005703