摘要：航空航天轻量化结构通常需兼具减重、承载、减振、抗冲击等多种性能要求。但结构在减重的同时往往会伴随着承载、抗冲击性能的降低。基于变密度法对圆锥结构进行了拓扑优化设计,并利用激光粉末床熔融技术实现了圆锥轻量化构件一体化成形,研究了轴向压缩试验下壁厚对拓扑优化构件力学性能的影响机制。试验结果表明,随着壁厚由1.0 mm增至3.0 mm,结构的比吸能先增后减,壁厚2.5 mm的构件比吸能最大,为11.48 J/g。采用有限元模拟方法研究了拓扑优化圆锥结构在压缩过程中的应力分布情况,结果表明,构件发生屈曲变形及断裂的主要原因为较大的面内压应力,内外壁应力水平差异导致了结构发生不同方向的屈曲变形,且随着壁厚的增加,圆锥顶部出现的应力集中及上层屈曲程度的降低均导致结构不能持续增加能量吸收。

摘要：为提升点阵结构的轻量化水平及变形能力,研究了NiTi空心杆点阵结构设计及激光增材制造。通过改变支杆内径,设计了质量系数为100%、93%、75%和50%的四种体心四方空心杆点阵结构,并利用激光粉末床熔融技术成形了对应的NiTi形状记忆合金构件。研究了空心杆点阵结构的质量系数对构件成形质量和显微组织的影响规律,采用有限元模拟法和单轴压缩实验分析了质量系数对结构压缩性能的影响规律,并通过循环压缩-热回复实验揭示了质量系数对NiTi点阵结构形状记忆效应的影响机制。研究表明:激光粉末床熔融技术制备的点阵结构成形质量好,但仍存在由凝固收缩、粘粉及台阶效应引起的尺寸偏差;质量系数为100%的点阵结构的承载能力最好,第一最大压缩载荷可达191.73 kN,对应的变形率为0.22;当质量系数降至75%时,第一最大压缩载荷为89.80 kN,构件承载能力下降53.16%,但压缩变形能力并未减弱,变形率仍可达0.21,且质量系数为75%的点阵结构的形状记忆效应最佳,在第一个压缩循环中回复率可达98.92%。

摘要：激光增材制造技术为提升航空航天领域复杂构件一体化设计与制造能力提供了有效的技术途径。针对航空航天领域应用广泛的镍基高温合金构件激光增材制造技术,论述了增材制造构件形性调控及在航空航天领域中的研究进展,明晰了构件成形质量、显微组织及力学性能与激光工艺参数、后处理工艺及物理机制之间的映射关系,并对激光增材制造镍基高温合金未来的研究方向作出展望。