负泊松比结构设计及选区激光熔化3d打印工艺优化研究

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1、中图分类号：V261.8论文编号：102870618-SZ056学科分类号：085204硕士学位论文负泊松比结构设计及选区激光熔化3D打印工艺优化研究研究生姓名熊家鹏专业类别工程硕士专业领域材料工程指导教师顾冬冬教授南京航空航天大学研究生院材料科学与技术学院二O一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMaterialsScienceandTechnologyStructuralDesignofNegativePoisson

2、'sRatioandOptimizationofSelectiveLaserMelting(3Dprinting)processAThesisinMaterialsSciencebyXiongjiapengAdvisedbyProf.GudongdongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和

3、致谢的地方外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：2018.03.30南京航空航天大学全日制专业学位硕士学位论文摘要本文针对定制负泊松比（NegativePoisson'sRatio,NPR）构件进行了结构优化设计并利用选区激光熔化（Selectivelasermelt

4、ing,SLM）技术在具有悬垂部分的复杂结构件加工领域的优势，使用专用AlSi10Mg粉末对NPR构件进行了成形，研究了不同激光扫描速度对其成形精度和力学性能的影响规律。论文获得的主要结论如下：基于SLM成形技术，针对定制泊松比“内凹”NPR对称结构，通过添加倾斜支柱的方法完成了新颖单胞构件的结构优化设计。从内凹蜂窝NPR构件参数化建模开始，结合有限元分析方法（FiniteElementMethod,FEM），验证了网格细划和结果收敛性关系，通过获取追踪面位移计算得到不同支撑倾角构件的泊松比值，确定了最优支撑倾角（9°）及相应最佳内

5、凹角（79°），实现了单胞结构参数优选，综合考虑圆角大小与应力集中等因素，提出了定量优化定制负泊松比构件结构设计新思路，并在单胞构件设计的基础上完成了多胞NPR构件的成形。采用SLM工艺成形NPR单胞/多胞两种构件，实现了单胞结构的无支撑成形，研究了不同扫描速率下其悬垂位置的成形质量，证明了倾斜支撑的添加改善了构件的成形质量，在激光功率P=300W时，最优激光扫描速度v=2000mm/s，成形构件熔池均匀、规则，组织致密。同时对多胞对称NPR结构SLM成形过程中的取向和支撑进行了设计及优化，研究了不同扫描速率下的成形精度，构件成形尺

6、寸整体偏小，且与基板分离前后高度方向尺寸变化较大而水平方向浮动较小。完成SLM成形单胞/多胞构件单轴压缩试验及多胞结构的有限元分析（FiniteElementAnalysis,FEA），获取了单胞结构弹性阶段的应力应变曲线计算了泊松比值，由于成形质量的影响较模拟值偏小。同时也分析了多胞构件的变形失效模式，获取的最大压缩应力约为22MPa与模拟值21.88MPa较为吻合，对比了不同扫描速度下的局部断口形貌，研究了多胞结构整体变形失效模式。关键词：选区激光熔化，负泊松比，AlSi10Mg粉末，结构优化，压缩试验I负泊松比结构设计及选区激

7、光熔化3D打印工艺优化研究ABSTRACTInthepresentarticle,structuraloptimizationhasbeendoneandSLMprocesswhichiscompetitiveinthefabricationofcomplexcomponentswithoverhangingstructures,hasbeenusedinthemanufacturingoftailoredNPRparts.Moreover,fineAlSi10Mgrawpowderhasbeenusedandtheinfluenc

8、eoflaserscanningspeedonformingprecisionandmechanicalpropertieshasbeeninvestigated.Themainconclusionsobtainedareasfoll