拓扑减重优化与LED-LC面成型工艺研究
发布时间：2021-12-25 07:40
目前优化设计方法多数是建立在传统制造工艺基础上,严重制约了产品结构设计能力发挥,未能利用增材制造技术所提供的新型设计空间,使得零部件的结构性能无法得到充分释放。本文为更好的发挥增材制造的加工优势,及探索与拓扑优化设计相结合的技术,对传统结构件进行拓扑优化设计,使其重量更轻性能更强,更容易被制造。使用增材制造技术中LED（Light Emitting Diode）-LC（Liquid Crystal）面成型光固化技术为制造基础,首先对拓扑优化方法和光固化反应原理,及在光固化成型过程中的精度问题进行分析,为后文结构件的拓扑优化、材料制备、工艺优化提供理论基础。以下摆臂和铰链力臂为具体研究对象,结合有限元分析技术,对初始结构进行静动态性能分析,设置设计空间和非设计空间,利用带惩罚模型的变密度法对其进行拓扑优化,依据优化结果进行二次建模,再把最终设计结构重新进行静动态性能分析,并与初始结构进行对比。对优化后结构打印成型所需的材料进行制备,分析常见的低聚物、活性稀释剂、光引发剂,并通过不同配比的低聚物和光引发剂对光敏树脂性能的影响,最终获得合适配方。在光固化成型过程中,采用单因素分析方法探讨分层...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
增材制造成型过程
传统减材制造(A)和增材制造(B)对比
鳎??抵亓棵考跚?00Kg，可节省燃油6%～8%，相应的排放物也会大量减少，而且会提高汽车的动力性，且随着国际原油价格的上涨，对我国的经济发展造成了极大负担，而减轻汽车重量是改善上述状况的最有效途径之一。飞机重量每减轻1%，性能可提高3%～5%，同时还能有效地降低运营成本，减少废气物排放，对改善环境起到重要作用[9-12]。在国防领域，如果导弹减轻些许重量，其射程必会增加，对打击敌方起到更强的威慑作用。同时减轻重量就意味着使用很少的材料，如钛合金等昂贵金属，所用材料的减少对成本控制起到至关重要的作用。图1.3拓扑优化前后对比图拓扑优化技术作为轻量化研究的重要方法，被广泛应用到汽车、工程机械、航空航天等领域。拓扑优化设计是在满足结构力学性能的前提下，通过分析结构的传力路径，将不承受应力或不影响力学性能的多余部分去除，从而达到减轻结构整体重量的目的[13-16]。同一产品进行拓扑优化前后对比如图1.3所示，可以明显看到优化后的结构更简单，用料更少，重量更轻，同时伴随着结构的不规则，有复杂的空洞和大量的曲面，传统加工工艺难以制造，如果考虑使用传统加工工艺，需要对优化后的模型进行二次优化设计，就导致无法充分发挥拓扑优化的优势。
【参考文献】：
期刊论文
[1]光固化3D打印及光敏树脂改性研究进展[J]. 宗学文,周升栋,刘洁,张佳亮,权坤. 塑料工业. 2020(01)
[2]智能制造与3D打印推动“中国制造2025”[J]. 卢秉恒. 高科技与产业化. 2018(11)
[3]面向国家重大需求突破行业技术瓶颈——国家增材制造创新中心建设实践与思考[J]. 赵纪元. 中国工业和信息化. 2018(12)
[4]一种将拓扑优化设计转化为增材制造结构的实现方法[J]. 刘书田,李取浩,刘君欢,陈文炯,张永存. Engineering. 2018(02)
[5]拓扑优化与增材制造结合:一种设计与制造一体化方法[J]. 刘书田,李取浩,陈文炯,张永存. 航空制造技术. 2017(10)
[6]KH560功能化氧化石墨烯/光敏性不饱和聚酯树脂复合材料的制备与性能[J]. 王芦芳,李金焕,刘彬,任嘉慧,许艳芳. 复合材料学报. 2018(01)
[7]激光增材制造技术的研究现状及发展趋势[J]. 杨强,鲁中良,黄福享,李涤尘. 航空制造技术. 2016(12)
[8]膨胀单体在3D打印用光敏树脂中的应用[J]. 丁云雨,齐迪,朱军,林润雄. 化工科技. 2016(02)
[9]光固化快速成型技术的进展及应用[J]. 李东方,陈继民,袁艳萍,黄宽,方浩博. 北京工业大学学报. 2015(12)
[10]选择性激光烧结技术研究与应用进展[J]. 贾礼宾,王修春,王小军,许斌,魏军. 信息技术与信息化. 2015(11)
硕士论文
[1]双紫外掩模面成型机理及成型精度研究[D]. 权坤.西安科技大学 2019
[2]大型液压机3D打印模型结构优化设计研究[D]. 陈樑.合肥工业大学 2017
[3]基于SLM的金属3D打印轻量化技术及其应用研究[D]. 周松.浙江大学 2017
[4]纤维增强3D打印复合材料的制备及力学性能[D]. 权利军.浙江理工大学 2016
[5]大展弦比机翼的轻量化设计及颤振分析[D]. 朱泽鹏.沈阳航空航天大学 2014
[6]基于变密度法的连续体拓扑优化设计[D]. 汤颖颖.长安大学 2008
本文编号：3552058
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
增材制造成型过程
传统减材制造(A)和增材制造(B)对比
鳎??抵亓棵考跚?00Kg，可节省燃油6%～8%，相应的排放物也会大量减少，而且会提高汽车的动力性，且随着国际原油价格的上涨，对我国的经济发展造成了极大负担，而减轻汽车重量是改善上述状况的最有效途径之一。飞机重量每减轻1%，性能可提高3%～5%，同时还能有效地降低运营成本，减少废气物排放，对改善环境起到重要作用[9-12]。在国防领域，如果导弹减轻些许重量，其射程必会增加，对打击敌方起到更强的威慑作用。同时减轻重量就意味着使用很少的材料，如钛合金等昂贵金属，所用材料的减少对成本控制起到至关重要的作用。图1.3拓扑优化前后对比图拓扑优化技术作为轻量化研究的重要方法，被广泛应用到汽车、工程机械、航空航天等领域。拓扑优化设计是在满足结构力学性能的前提下，通过分析结构的传力路径，将不承受应力或不影响力学性能的多余部分去除，从而达到减轻结构整体重量的目的[13-16]。同一产品进行拓扑优化前后对比如图1.3所示，可以明显看到优化后的结构更简单，用料更少，重量更轻，同时伴随着结构的不规则，有复杂的空洞和大量的曲面，传统加工工艺难以制造，如果考虑使用传统加工工艺，需要对优化后的模型进行二次优化设计，就导致无法充分发挥拓扑优化的优势。
【参考文献】：
期刊论文
[1]光固化3D打印及光敏树脂改性研究进展[J]. 宗学文,周升栋,刘洁,张佳亮,权坤. 塑料工业. 2020(01)
[2]智能制造与3D打印推动“中国制造2025”[J]. 卢秉恒. 高科技与产业化. 2018(11)
[3]面向国家重大需求突破行业技术瓶颈——国家增材制造创新中心建设实践与思考[J]. 赵纪元. 中国工业和信息化. 2018(12)
[4]一种将拓扑优化设计转化为增材制造结构的实现方法[J]. 刘书田,李取浩,刘君欢,陈文炯,张永存. Engineering. 2018(02)
[5]拓扑优化与增材制造结合:一种设计与制造一体化方法[J]. 刘书田,李取浩,陈文炯,张永存. 航空制造技术. 2017(10)
[6]KH560功能化氧化石墨烯/光敏性不饱和聚酯树脂复合材料的制备与性能[J]. 王芦芳,李金焕,刘彬,任嘉慧,许艳芳. 复合材料学报. 2018(01)
[7]激光增材制造技术的研究现状及发展趋势[J]. 杨强,鲁中良,黄福享,李涤尘. 航空制造技术. 2016(12)
[8]膨胀单体在3D打印用光敏树脂中的应用[J]. 丁云雨,齐迪,朱军,林润雄. 化工科技. 2016(02)
[9]光固化快速成型技术的进展及应用[J]. 李东方,陈继民,袁艳萍,黄宽,方浩博. 北京工业大学学报. 2015(12)
[10]选择性激光烧结技术研究与应用进展[J]. 贾礼宾,王修春,王小军,许斌,魏军. 信息技术与信息化. 2015(11)
硕士论文
[1]双紫外掩模面成型机理及成型精度研究[D]. 权坤.西安科技大学 2019
[2]大型液压机3D打印模型结构优化设计研究[D]. 陈樑.合肥工业大学 2017
[3]基于SLM的金属3D打印轻量化技术及其应用研究[D]. 周松.浙江大学 2017
[4]纤维增强3D打印复合材料的制备及力学性能[D]. 权利军.浙江理工大学 2016
[5]大展弦比机翼的轻量化设计及颤振分析[D]. 朱泽鹏.沈阳航空航天大学 2014
[6]基于变密度法的连续体拓扑优化设计[D]. 汤颖颖.长安大学 2008
本文编号：3552058
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