3D打印梁的屈曲和自由振动特性探究

发布时间：2020-08-05 21:23

【摘要】：得益于制造业的长足发展和材料科学的进步,3D打印技术日趋成熟,越来越多的领域开始深入应用该项技术。非全填充打印形式广泛存在于零部件制造中,本文参考点阵结构的研究成果,采用理论推导和数值分析相结合的方法,对3D打印梁进行了如下工作:(1)针对商用3D打印切片软件普遍采用的斜45度正四边形网格填充形式,将填充部分作为芯体单独研究,提出X模型,并对X模型单胞进行了分析,推导了后续工作所需的等效弹性模量和泊松比,同时采用能量法进行了验证。采用大型通用有限元软件ABAQUS进行了压缩仿真验证。(2)3D打印梁在面内压缩载荷下的屈曲进行了分析,根据能量法,推导了临界载荷表达式。并应用ABAQUS进行了数值验证。讨论了不同填充率改变形式和材料属性对屈曲临界载荷的影响。(3)基于哈密顿原理,对3D打印梁自由振动问题进行了理论推导,得到了简支边界条件下的理论解。基于等效均匀梁理论,得到简支条件下自由振动解。应用前边所建立的数值模型进行有限元计算,得到数值计算结果并与两种理论解做了比对,哈密顿原理等效理论误差更小,接近数值计算结果。讨论了芯体高度、侧壁厚度和材料参数对自由振动固有频率的影响。
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O327;TP391.73
【图文】：

航天,在航

第一章绪论1.1 研究背景及意义3D 打印即增材制造，顾名思义，与减材制造如传统切削加工等相反，是根据三维模型，通常将材料逐层累积成为实体的过程。其可以制作非常复杂的几何构型部件，极少的后处理要求，能够使用多种材料，如塑料和金属等。3D 打印是一种可以实现高设计自由度的制造方法，让设计师和工程师以较低成本小批量实现他们所需要的创新产品，称为近年来热门的一种制造方式[1]。基本技术起源于上世纪 80 年代，后由于技术的发展瓶颈逐渐被人们冷落。进入 21 世纪以来，得益于制造业的长足发展和材料学的进步，3D 打印逐渐成为人们所认可，特别是近年来得到很大的发展。目前多个领域已经深入应用 3D 打印技术。医疗领域：人工关节、种植牙齿、骨科耗材的个性化定制等。航空航天等工业领域：特殊功能零部件的直接制造和一些部件的及时维修等[2](如图 1-1)。

艺术创作

第一章绪论面的应用：直接把复杂结构的设计使用特殊的材料打印出来表达其艺术性(如图1-2)。比如采用 3D 打印的小提琴的质量已接近手工制作的水平[3]。工业制造领域：直接用于产品概念设计制作、新产品功能验证，模具原型制造。3D 打印的消费级无人机，前沿设计理念的智能型汽车等已经不断出现在各种展览中。企业的宣传、营销活动中使用 3D 打印的模型已经非常常见。建筑工程方面：3D 打印建筑已经走向应用阶段，已经能够打印房屋、桥梁等。教育领域：例如教学模具直接打印来验证已有的科学问题。一些中小学、普通高等学校等，在日常教学和科学研究当中已广泛使用 3D 打印技术辅助开展工作[2]。

图 1-3 文献[6]的打印方向3D 打印机设备的研究也有助于提高打印试样的力学性能。李彦生[13]分别从理论和实践上研究了快速成型中试件的打印方向，充分论证了沿纤维方向打印成型可以减小收缩变形，这个结论对于成型质量具有实用价值。黄雪梅等提出了一种新的分区扫描路径算法，能够减少区域判断次数，从而提高了运行效率；通过优先填充临近区域，优化了扫描区域之间路径的衔接，减少空走行程距离，提高了分层成型的效率[14]。L. C. Magalhaes N. Volpato M. A. Luersen 等评估了熔融沉积成型(FDM)方法中沉积策略对力学性能的影响，并更好地理解部件的刚度行为。建立了每层中具有不同打印角度的样品。在拉伸和弯曲试验中确定试样的最终刚度和强度，并使用经典的层压理论预测刚度。使用夹层沉积方法制造的样品在两个主要方向上的刚度高于或等于使用默认 FDM 配置生产的样品的刚度。但其结果表明所用的分析模型没有准确预测实验测试中的行为[15]。V. Vijayaraghavan 等提出了一种改进的多基因遗传编程方法(Im-MGGP)，以

【相似文献】