金屬點(diǎn)陣
關(guān)注創(chuàng)建者：復(fù)合材料有限元分析 創(chuàng)建時(shí)間：2023-05-09
金屬點(diǎn)陣的實(shí)例教程
復(fù)合材料金屬點(diǎn)陣沖擊
對(duì)于本文中金屬增材制造點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，由于其單軸拉伸為雙線性行為，而剪切方向的非線性曲線沒有明顯的屈服點(diǎn)，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的不同種力學(xué)行為表現(xiàn)出明顯的方向相關(guān)性。因此，在全尺度范圍內(nèi)保證Hill空間內(nèi)應(yīng)力滿足各向同性屈服準(zhǔn)則比較困難，這也是導(dǎo)致剪切應(yīng)變超過0.0025后曲線驗(yàn)證存在較大誤差的原因。換言之，在拉壓方向，以及剪切變形較小的場(chǎng)合，Hill模型可以準(zhǔn)確描述金屬增材點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為。
對(duì)于（非）金屬材料點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，若其單軸拉伸和剪切方向均為沒有明顯屈服點(diǎn)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，則可以通過曲線擬合的方法（不在本文中討論）獲得Hill模型的6個(gè)R參數(shù)。在滿足宏觀力學(xué)分析要求的情況下，Hill模型可以很好的描述該種類型點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為。
在增材制造點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)分析中，可以采用Lattice Simulation得到均質(zhì)化線彈性材料常數(shù)，建立6個(gè)試驗(yàn)工況并提取應(yīng)力-應(yīng)變曲線。LS-Dyna的MAT_40/NONLINEAR_ORTHOTROPIC材料本構(gòu)可以調(diào)用這些曲線以描述該種金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)各個(gè)方向上的力學(xué)行為。
展開 用于這些部件的粉末床金屬熔化3D打印技術(shù)，能夠靈活的實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星支架的定制批量化生產(chǎn)。因此，Thales Alenia Space 在設(shè)計(jì)支架時(shí)可以根據(jù)每個(gè)新任務(wù)的確切要求進(jìn)行定制設(shè)計(jì)。
每顆衛(wèi)星的4個(gè)反作用輪支架被3D打印為兩組對(duì)稱部件，而ADPM支架的方向角和接口可根據(jù)它們?cè)诿款w衛(wèi)星上的特定功能和位置進(jìn)行調(diào)整。Thales Alenia Space還將連接器和電纜配件直接整合到3D打印組件的整體設(shè)計(jì)中，在3D打印時(shí)作為單件部件進(jìn)行制造，從而避免了額外的裝配要求。
3D打印反作用輪支架的尺寸為466 x 367 x 403 mm。2019年3月初，首次生產(chǎn)的4個(gè)支架已集成在Konnect衛(wèi)星上。其他Spacebus Neo平臺(tái)也將在不久的將來推出有機(jī)設(shè)計(jì)的3D打印部件。
根據(jù)3D科學(xué)的市場(chǎng)觀察，為了保證3D打印組件符合嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，整個(gè)過程和各個(gè)組件都具有可追溯性，這些衛(wèi)星3D打印組件的全面測(cè)試和檢驗(yàn)流程已建立。
3D科學(xué)谷 Review
《3D打印與工業(yè)制造》一書中提到，隨著3D打印技術(shù)的應(yīng)用，衛(wèi)星輕量化已全面到來。通過3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星輕量化的途徑包括制造傳統(tǒng)技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜點(diǎn)陣輕量化結(jié)構(gòu)，以及制造功能集成一體化結(jié)構(gòu)。
得益于點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的獨(dú)特特性以及低體積容量，將點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)與零部件的功能相結(jié)合已被證明是3D打印技術(shù)發(fā)揮潛力的優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域。衛(wèi)星制造是3D打印點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的一大應(yīng)用空間，這些應(yīng)用要求零部件具有很高的強(qiáng)度、剛度和耐腐蝕性。
Thales Alenia Space制造的某顆衛(wèi)星上應(yīng)用了據(jù)說是迄今為止最大的3D打印金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。
展開 設(shè)置了8個(gè)拓?fù)溆虻?em>金屬點(diǎn)陣沖擊模型
Domain如何影響計(jì)算結(jié)果？
在分析過程中，不同的分解形式會(huì)造成數(shù)值浮點(diǎn)運(yùn)算次序的改變，由此產(chǎn)生不同的截?cái)嗾`差，也就會(huì)導(dǎo)致不同的計(jì)算結(jié)果。
通過一個(gè)示例可以展示這個(gè)過程，如下圖所示，現(xiàn)在我們要計(jì)算單元力引起的節(jié)點(diǎn)加速度。
氫的主要來源是在高溫下液體金屬與水蒸氣的反應(yīng)。進(jìn)入液體金屬中的氫在澆注后，隨著金屬的凝固溶解下降而被截留在金屬的點(diǎn)陣中。在厚斷面和高含碳量的鋼中，氫含量超過×10
-4%（分?jǐn)?shù)含量）就易產(chǎn)生氫白點(diǎn)，這是氫擴(kuò)散到晶粒邊界或其他擇優(yōu)部位(如夾雜物和機(jī)體界面處)所產(chǎn)生的小裂紋。
2)非金屬夾雜物。大多數(shù)非金屬夾雜物來源于熔煉作業(yè)，如果不作進(jìn)一步的自耗重熔處理將之消除，在鍛造過程中夾雜物的尺寸和數(shù)量是不會(huì)改變和減少的。
3)未熔化電極和“框架”。未熔化電極是在自耗熔煉過程中，電極棒掉塊落入熔解的金屬中造成的。“框架”則是在錠子表面，由于不均勻的凝固或冷卻速度不一而造成的現(xiàn)象。
4)化學(xué)偏析。化學(xué)偏析是鑄錠中合金元素的不均勻分布。即使是非合金化的金屬，高密度夾雜物或不可溶氣體也可作為不均勻分布。因此，金屬或合金的成分在各處并不完全相同，鍛造不能完全消除這種缺陷。
5)縮管及中心縮孔。縮管及中心縮孔是在金屬凝固過程中，液體金屬補(bǔ)給不足引起的。除一次縮管靠近錠的頭部外，二次縮管和中心縮孔可延伸到錠的深處。
⑵由鑄錠或毛坯加工引起的缺陷。
1)內(nèi)裂出現(xiàn)在有縮孔、孔隙、偏析或夾雜物的地方，金屬強(qiáng)度弱，加工的拉應(yīng)力就可以高到足以將其內(nèi)部撕開的程度，這種內(nèi)部撕開稱為鍛件內(nèi)裂。
2)折疊是熱金屬的凸出部位被壓折并鍛入表面的一種長(zhǎng)條形缺陷。由于表面之間的氧化物出現(xiàn)，因此不存在彼此間的冶金連接。
3)裂紋為一種縱向延伸的表面缺陷，是由非精神夾雜物的大量積聚或深的折疊形成的。裂紋也可以來自錠表面的缺陷，如已被氧化的孔洞。這種孔洞在鍛造過程中被簡(jiǎn)單的拉長(zhǎng)，在鍛件表面形成長(zhǎng)條形似裂紋的發(fā)紋。
4)條片是松動(dòng)或裂開的鋼片被卷入表面形成的。
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金屬點(diǎn)陣的最新內(nèi)容
復(fù)合材料金屬點(diǎn)陣沖擊
由周期性結(jié)構(gòu)單元以及撐桿構(gòu)成的宏觀點(diǎn)陣材料是金屬構(gòu)架材料中的一種，這種點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)材料一般具有單一的結(jié)構(gòu)取向。但是這種結(jié)構(gòu)存在一個(gè)明顯的問題，當(dāng)材料達(dá)到屈服強(qiáng)度以后，剪切帶的形成及其快速擴(kuò)展會(huì)極大地降低了材料的強(qiáng)度。
為了解決單一取向點(diǎn)陣材料的強(qiáng)度驟減問題，來自英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院材料系的Chen Liu等以多晶金屬材料的結(jié)構(gòu)為靈感，設(shè)計(jì)出多取向宏觀點(diǎn)陣材料。
圖4 鎳納米點(diǎn)陣與其他多孔金屬和納米點(diǎn)陣的性能比較。
綜上所述，本研究提出了一種無裂紋自組裝制備大面積多功能金屬納米晶的方法，該方法具有超高的257 MPa拉伸強(qiáng)度，是現(xiàn)有多孔金屬在0.298相對(duì)密度下強(qiáng)度的2.6倍。研究發(fā)現(xiàn)，在自組裝過程中消除裂縫的關(guān)鍵，是用0.06%的甘油保持模板的濕性。此外，合成的帶正電的PS粒子，由于靜電力可通過厚、濕的蛋白石允許隨后的電沉積。
設(shè)置了8個(gè)拓?fù)溆虻?em>金屬點(diǎn)陣沖擊模型
Domain如何影響計(jì)算結(jié)果？
進(jìn)入液體金屬中的氫在澆注后，隨著金屬的凝固溶解下降而被截留在金屬的點(diǎn)陣中。在厚斷面和高含碳量的鋼中，氫含量超過×10
-4%（分?jǐn)?shù)含量）就易產(chǎn)生氫白點(diǎn)，這是氫擴(kuò)散到晶粒邊界或其他擇優(yōu)部位(如夾雜物和機(jī)體界面處)所產(chǎn)生的小裂紋。
2)非金屬夾雜物。大多數(shù)非金屬夾雜物來源于熔煉作業(yè)，如果不作進(jìn)一步的自耗重熔處理將之消除，在鍛造過程中夾雜物的尺寸和數(shù)量是不會(huì)改變和減少的。
3D打印點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)疲勞性能方面的進(jìn)展，為全面理解晶格結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵特征做出了貢獻(xiàn)，填補(bǔ)了疲勞如何嚴(yán)重降低整體結(jié)構(gòu)完整性的空白。
Thales Alenia Space制造的某顆衛(wèi)星上應(yīng)用了據(jù)說是迄今為止最大的3D打印金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。
對(duì)于本文中金屬增材制造點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，由于其單軸拉伸為雙線性行為，而剪切方向的非線性曲線沒有明顯的屈服點(diǎn)，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的不同種力學(xué)行為表現(xiàn)出明顯的方向相關(guān)性。因此，在全尺度范圍內(nèi)保證Hill空間內(nèi)應(yīng)力滿足各向同性屈服準(zhǔn)則比較困難，這也是導(dǎo)致剪切應(yīng)變超過0.0025后曲線驗(yàn)證存在較大誤差的原因。換言之，在拉壓方向，以及剪切變形較小的場(chǎng)合，Hill模型可以準(zhǔn)確描述金屬增材點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為。
