【摘要】：增材制造零件機(jī)械性能的提升、制造工藝的優(yōu)化是增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的內(nèi)在需求,建立面向增材制造技術(shù)的力學(xué)性能的分析方法是增材制造技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。本文基于熔融沉積成型技術(shù),立足微觀尺度、細(xì)觀尺度以及宏觀尺度,研究各尺度下影響零件力學(xué)性能的關(guān)鍵因素。建立工藝參數(shù)與微觀組織、細(xì)觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能之間的函數(shù)關(guān)系,探究FDM零件的力學(xué)本構(gòu)模型,預(yù)測(cè)各工藝參數(shù)下零件的力學(xué)性能。建立正交實(shí)驗(yàn)方案,獲得最優(yōu)參數(shù)組合,提升零件的力學(xué)性能。具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)微觀尺度下溫度與零件力學(xué)性能的關(guān)系研究。不同的噴頭溫度造成材料微觀組織的不同,進(jìn)而使其宏觀尺度的力學(xué)屬性也不相同。通過研究溫度對(duì)材料微觀組織的影響,建立溫度-微觀組織-力學(xué)性能的映射關(guān)系,分析溫度對(duì)材料力學(xué)性能的影響規(guī)律;建立單因素實(shí)驗(yàn)方案,獲得較優(yōu)的噴頭溫度,提升FDM零件的力學(xué)性能。(2)細(xì)觀尺度下填充密度與力學(xué)性能的關(guān)系研究。FDM零件具有復(fù)雜的細(xì)觀結(jié)構(gòu),不同的結(jié)構(gòu)具有不同的力學(xué)性能。通過建立填充密度-細(xì)觀結(jié)構(gòu)-力學(xué)響應(yīng)的映射模型,研究填充密度對(duì)力學(xué)性能的影響;基于均勻化理論,研究材料在各方向上的力學(xué)平均響應(yīng),進(jìn)一步建立等效單元的力學(xué)性能預(yù)測(cè)模型;建立三組單因素實(shí)驗(yàn)方案,驗(yàn)證力學(xué)模型的正確性,獲得各填充密度下等效單元的力學(xué)性能。(3)宏觀尺度下多層FDM零件的力學(xué)性能的預(yù)測(cè)研究。針對(duì)FDM零件的力學(xué)性能在其厚度方向上具有呈層性的特征,基于細(xì)觀結(jié)構(gòu)-力學(xué)響應(yīng)模型與經(jīng)典層合理論,研究單層等效單元的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。分析層間拉伸、彎曲耦合作用對(duì)力學(xué)性能的影響,建立多層FDM零件等效單元力學(xué)性能的預(yù)測(cè)模型:獲得多層FDM零件等效單元的剛度矩陣,研究彈性模量與剛度矩陣的關(guān)系,表征等效單元的力學(xué)性能;建立三因素混合水平實(shí)驗(yàn)方案,分析各因素水平對(duì)力學(xué)性能的影響,驗(yàn)證理論模型的正確性與適用性。(4)工藝參數(shù)組合與零件力學(xué)性能的關(guān)系研究。完成極差分析,獲得顯著影響力學(xué)性能的填充密度、填充角度等關(guān)鍵工藝參數(shù)。基于理論預(yù)測(cè)模型,獲得各角度、各密度等效單元的彈性模量,分析填充角度、填充密度對(duì)力學(xué)性能的影響規(guī)律。選取較優(yōu)工藝參數(shù)組合,滿足FDM零件的功能要求。
【圖文】：

鍵影響因素的控制方法領(lǐng)域仍處于初級(jí)階段，尤其在 FDM印設(shè)備廠商不具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的優(yōu)化控制方法，亦或所開理想。導(dǎo)致我國(guó) FDM 設(shè)備制備的零件成型質(zhì)量不佳，力應(yīng)用長(zhǎng)期處于文娛領(lǐng)域中，難以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。嚴(yán)重阻。程院增材制造領(lǐng)域院士盧秉恒教授提出 3D 打印要完成從控，為 3D 打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展指明了方向，同時(shí)也指出了 3D 打足 FDM 工藝優(yōu)化，提升 FDM 制件力學(xué)性能。解決面向 F問題，建立工藝參數(shù)與力學(xué)性能的映射關(guān)系，通過理論與實(shí)善工藝優(yōu)化方案。技術(shù)原理-3D

圖 1-2 FDM 工藝原理Fig.1-2 FDM process principle，通常有聚乳酸（PLA）與丙烯腈-丁二烯(PE)與尼龍，PLA 材料因?yàn)槠淞己玫膹V泛應(yīng)用。主要由噴頭、熱床等部分組成，噴頭螺旋桿等設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)，噴嘴與加熱模塊瞬間加熱至粘流狀態(tài)，而后在進(jìn)入的按照設(shè)定的程序有序移動(dòng)，完成材料的璃態(tài)到粘流態(tài)再回歸至玻璃態(tài)的過程，現(xiàn)出同一外形尺寸的零件因其內(nèi)部材從玻璃態(tài)絲狀的幾何形態(tài)轉(zhuǎn)變至具有變化都由 FDM 工藝前處理的重要參數(shù)加熱的溫度，不同的材料所適用的溫
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH16

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2612377