輕質(zhì)結(jié)構(gòu)部件的案例
《ACS Nano》木質(zhì)纖維素基輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料
近日，浙江農(nóng)林大學(xué)金春德和孫慶豐研究小組通過將脫除部分木質(zhì)素和半纖維素的填木質(zhì)纖維素與磷酸氫鈣通過機(jī)械熱磨法復(fù)合，在經(jīng)過真空水流定向組裝和熱壓，獲得了層狀結(jié)構(gòu)密實(shí)化的納米木質(zhì)纖維素/磷酸氫鈣復(fù)合材料。木質(zhì)纖維素表面豐富的羧基和羥基與磷酸氫鈣上的鈣離子和四面體PO4通過離子鍵和氫鍵結(jié)合（Velcro效應(yīng)），有較強(qiáng)的相互作用力。通過對(duì)其斷裂機(jī)理和理論仿真模型的分析，層狀結(jié)構(gòu)在斷裂的過程中發(fā)生裂紋偏轉(zhuǎn)，裂紋分支和裂紋橋接，避免了應(yīng)力集中，對(duì)于復(fù)合材料的力學(xué)性能有較強(qiáng)的提升。同時(shí)層層密實(shí)化的纖維相對(duì)滑動(dòng)所需要的摩擦力進(jìn)一步阻礙了其斷裂。制備的納米木質(zhì)纖維素/磷酸氫鈣復(fù)合材料的力學(xué)性能高于大部分的木質(zhì)纖維基復(fù)合材料，其比強(qiáng)度甚至能夠比肩于一些金屬和合金。
該論文第一作者為浙江農(nóng)林大學(xué)碩士研究生陳逸鵬，他和研究小組認(rèn)為該研究實(shí)現(xiàn)了從木質(zhì)纖維素到磷酸氫鈣的有效應(yīng)變傳遞，解析了天然有機(jī)分子和無機(jī)質(zhì)2種異質(zhì)材料間力學(xué)的相互作用機(jī)制，該研究將為制備更高力學(xué)強(qiáng)度的木質(zhì)纖維素基輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)材提供新的研究策略。
研究報(bào)告發(fā)表于《ACS Nano》雜志。
全文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b06409
展開 氧化鎂的應(yīng)用介紹
氧化鎂通常不溶于水溶液（水），并且非常穩(wěn)定，使其可用于陶瓷結(jié)構(gòu)，就像生產(chǎn)高級(jí)電子設(shè)備用的粘土碗一樣簡(jiǎn)單，并且可用于航空航天和電化學(xué)應(yīng)用中的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)部件，例如燃料電池，它們表現(xiàn)出離子導(dǎo)電性。氧化鎂是有著NaCl晶體結(jié)構(gòu)的絕緣固體無機(jī)材料，呈現(xiàn)較好的化學(xué)惰性、電絕緣性、光透明性、高溫穩(wěn)定性和高熱傳導(dǎo)性，是一種優(yōu)良的緩沖層材料。
高強(qiáng)輕質(zhì)金屬納米結(jié)構(gòu)
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41563-021-01039-7
高強(qiáng)輕質(zhì)多孔材料是工業(yè)上常用的材料，但在制備過程中難以控制其物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)，限制了其力學(xué)性能。納米晶格是具有納米尺度特性的多孔材料，有望通過基于尺寸的效應(yīng)來克服這些限制。雙光子聚合的三維(3D)打印，是最常見的納米點(diǎn)陣制造方法，但即使是創(chuàng)紀(jì)錄的高打印速度，它也需要64天來制造一個(gè)20?×?20?×?0.1 mm3的木堆納米點(diǎn)陣。另外，自組裝方法已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了相對(duì)快速的納米點(diǎn)陣制造(通常需要幾天的厘米尺度面心立方(fcc)納米點(diǎn)陣)。特別是通過填充自組裝膠體模板的空洞制備的金屬納米晶格，具有10nm的周期特征、類鈦抗壓強(qiáng)度、選擇性光子吸收/發(fā)射、高溫和化學(xué)穩(wěn)定性等。這些特性顯示了納米晶格相對(duì)于傳統(tǒng)多孔金屬的優(yōu)勢(shì)，傳統(tǒng)多孔金屬具有隨機(jī)的孔結(jié)構(gòu)和厚的支柱或壁。
然而，自組裝模板容易產(chǎn)生密集的裂紋。當(dāng)填充材料時(shí)，這些裂紋會(huì)形成倒裂紋結(jié)構(gòu)，將樣品分成小的納米點(diǎn)陣域，造成應(yīng)力集中，阻礙流體/氣體傳輸，并增加光學(xué)散射。雖然很多研究集中在制備自組裝納米晶，也有一些試圖消除倒置裂縫，但目前尚沒有一種自組裝制備方法，能夠產(chǎn)生沒有倒置裂縫的大面積金屬納米晶。一種消除模板裂縫并精確控制數(shù)百萬單元金屬納米結(jié)構(gòu)的方法將實(shí)現(xiàn)具有前所未有的性能的納米點(diǎn)陣，并使其在傳感、能量轉(zhuǎn)換和力學(xué)方面的應(yīng)用成為可能。
此外，測(cè)量、預(yù)測(cè)和優(yōu)化納米晶格的拉伸性能，以了解這些材料是如何斷裂和對(duì)復(fù)雜載荷的響應(yīng)的是一個(gè)關(guān)鍵需求。然而，由于3D打印納米點(diǎn)陣的尺寸有限(通常<5mm2)，倒置裂縫之間組裝的小納米點(diǎn)陣域(通常<0.01 mm2)以及在拉伸下可靠測(cè)試小納米點(diǎn)陣的困難，幾乎所有之前的納米點(diǎn)陣力學(xué)表征都是通過微/納米壓痕壓縮完成的。
展開 蘇黎世理工使用FDM 3D打印機(jī)和液晶聚合物打印輕質(zhì)結(jié)構(gòu)方法
3D打印LCP層壓板和零件的機(jī)械性能和復(fù)雜幾何形狀
該技術(shù)有望成為需要高性能輕質(zhì)材料的若干結(jié)構(gòu)，生物醫(yī)學(xué)和能量收集應(yīng)用的改變者。由于這項(xiàng)研究是使用現(xiàn)成的聚合物和商用臺(tái)式打印機(jī)進(jìn)行的，研究人員希望更廣泛的增材制造和開源社區(qū)能夠采用這種新材料并進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)，并制造出來自LCP的強(qiáng)大而復(fù)雜的輕質(zhì)物體。
（來自：中國3D打印網(wǎng)）
西南大學(xué)黃進(jìn)教授和甘霖副教授提出負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)力學(xué)強(qiáng)化輕質(zhì)化生物基材料的普適性方法：軸向/徑向控比粘彈性壓縮多孔材料負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)化
生物基氣凝膠、泡沫等輕質(zhì)化材料作為生物基材料典型代表，具有低原料消耗、廢棄物可資源化優(yōu)勢(shì)，在生物傳感、醫(yī)療設(shè)備、汽車船舶等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。然而，輕質(zhì)化必將導(dǎo)致本身力學(xué)性能不足的生物基材料因密度急劇降低而力學(xué)性能進(jìn)一步大幅降低，因此限制了輕質(zhì)化生物基材料在各領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。因此，為滿足實(shí)際應(yīng)用需求，輕質(zhì)化生物基材料的物理或化學(xué)改性增強(qiáng)成為近年來的研究熱點(diǎn)之一。但是，目前的改性手段均采取引入新物質(zhì)到生物基材料改性的方式，引入的新物質(zhì)不但增加了生產(chǎn)成本與難度，也大大增加生產(chǎn)制造過程中的不可控因素，不利于規(guī)模化生產(chǎn)；同時(shí)改性的增強(qiáng)程度有限，難以實(shí)現(xiàn)高性能化；更在單方面加強(qiáng)力學(xué)性能時(shí)不可避免地對(duì)生物相容性、可降解性等其他性能產(chǎn)生不可控的負(fù)面影響。
基于以上關(guān)鍵科學(xué)問題，西南大學(xué)黃進(jìn)教授和甘霖副教授團(tuán)隊(duì)提出了針對(duì)輕質(zhì)化生物基材料構(gòu)建負(fù)泊松比超結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能大幅提升強(qiáng)化的普適性方法，即在生物基材料基體內(nèi)部設(shè)計(jì)并構(gòu)建三維負(fù)泊松比胞元結(jié)構(gòu)陣列，通過自下而上的負(fù)泊松比效應(yīng)賦予輕質(zhì)化生物基材料超力學(xué)性能。該工作首先設(shè)計(jì)了功能性強(qiáng)、易調(diào)控的內(nèi)凹多面體胞元結(jié)構(gòu)，然后以典型生物質(zhì)聚酯—聚丁二酸丁二醇酯（PBS）為原料，采取綠色環(huán)保的超臨界流體發(fā)泡技術(shù)成功制得了輕質(zhì)化PBS多孔材料，最后在略高于軟化溫度的條件下通過軸向與徑向控比壓縮調(diào)控其泊松比，制得了負(fù)泊松比可調(diào)控的力學(xué)超材料—負(fù)泊松比PBS材料（PBS-NPR）。
展開 WB12.0化工部件熱結(jié)構(gòu)耦合分析（熱結(jié)構(gòu)耦合，路徑線性化）
huagongbujian有限元應(yīng)力分析及強(qiáng)度校核報(bào)告.doc
化工部件的熱結(jié)構(gòu)耦合分析：
關(guān)鍵點(diǎn)：熱結(jié)構(gòu)耦合，路徑線性化，六面體網(wǎng)格，漸變圓角
耦合場(chǎng)分析是WB的優(yōu)勢(shì)功能之一，本報(bào)告利用WB做熱結(jié)構(gòu)耦合，評(píng)價(jià)整體應(yīng)力。由于報(bào)告中涉及隱私內(nèi)容，故隱去一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)和公式，望大家原諒。拋磚引玉，供大家交流學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，共同進(jìn)步！
線束連接器部件與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)析
圓形電連接器部件組成包括：殼體、絕緣安裝板、接觸件。
矩形電連接部件組成包括：絕緣體、接觸件、殼體。
附件是電連接器的重要組成部分，連接器在使用中需要用戶單獨(dú)對(duì)附件進(jìn)行選擇。附件的主要作用是：保護(hù)導(dǎo)線與接觸體端接處不受損傷、固定線纜、提高電磁屏蔽性能（如鈦鎳環(huán)）。附件按照連接器尾部出線方式可分為兩種：直式和彎式。
關(guān)于連接器的子部件與結(jié)構(gòu)，很多人只能只知道個(gè)大概，但對(duì)很多細(xì)節(jié)還不是很深入，往往一個(gè)小問題就能問倒你，雖然大家都知道就是那么個(gè)東西。舉個(gè)栗子，您知道鎖止片為什么叫TPA嗎？下面小編就從細(xì)節(jié)角度分析一下連接器的部件與結(jié)構(gòu)。希望可以幫到你.
首先我們先從下面四張圖對(duì)連接器的子部件有個(gè)初步的了解，相信線束行業(yè)的各位肯定很容易明白
圖1
圖2
圖3
圖4
連接器子部件簡(jiǎn)析
一，端子連接器
Female terminals/--母端子
Female connectors/Receptacle/Socket--母連接器
Male terminals/ Tab/ Pin--公端子
Male connectors/plug--公連接器
這個(gè)小編不多說，大家都知道，至于公母的來源，有人說是從臺(tái)灣那邊傳出來的，這個(gè)咱們不深究。很早之前其實(shí)叫man connector, woman connector。
二，鎖止
ISL(Independent secondary lock)
/獨(dú)立的二次鎖止。用以鎖止固定端子（相當(dāng)于二次鎖），與我們常見的TPA不一樣，它是個(gè)分離于連接器的獨(dú)立的機(jī)構(gòu)。
展開 線束連接器部件與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)析
圓形電連接器部件組成包括：殼體、絕緣安裝板、接觸件。
矩形電連接部件組成包括：絕緣體、接觸件、殼體。
附件是電連接器的重要組成部分，連接器在使用中需要用戶單獨(dú)對(duì)附件進(jìn)行選擇。附件的主要作用是：保護(hù)導(dǎo)線與接觸體端接處不受損傷、固定線纜、提高電磁屏蔽性能（如鈦鎳環(huán)）。附件按照連接器尾部出線方式可分為兩種：直式和彎式。
關(guān)于連接器的子部件與結(jié)構(gòu)，很多人只能只知道個(gè)大概，但對(duì)很多細(xì)節(jié)還不是很深入，往往一個(gè)小問題就能問倒你，雖然大家都知道就是那么個(gè)東西。舉個(gè)栗子，您知道鎖止片為什么叫TPA嗎？下面小編就從細(xì)節(jié)角度分析一下連接器的部件與結(jié)構(gòu)。希望可以幫到你.
首先我們先從下面四張圖對(duì)連接器的子部件有個(gè)初步的了解，相信線束行業(yè)的各位肯定很容易明白
圖1
圖2
圖3
圖4
連接器子部件簡(jiǎn)析
一，端子連接器
Female terminals/--母端子
Female connectors/Receptacle/Socket--母連接器
Male terminals/ Tab/ Pin--公端子
Male connectors/plug--公連接器
這個(gè)小編不多說，大家都知道，至于公母的來源，有人說是從臺(tái)灣那邊傳出來的，這個(gè)咱們不深究。很早之前其實(shí)叫man connector, woman connector。
二，鎖止
ISL(Independent secondary lock)
/獨(dú)立的二次鎖止。用以鎖止固定端子（相當(dāng)于二次鎖），與我們常見的TPA不一樣，它是個(gè)分離于連接器的獨(dú)立的機(jī)構(gòu)。
展開 汽輪機(jī)主要零部件的結(jié)構(gòu)與作用
一、基礎(chǔ)與機(jī)座
基礎(chǔ)是由鋼筋混凝土構(gòu)成的整體結(jié)構(gòu)。其型式根據(jù)機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及大小而定。基礎(chǔ)主要承受著汽輪機(jī)、凝汽器、工作機(jī)（及冷卻器）等的重量，此外還承受著由于機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)部分質(zhì)量不平衡所引起的離心力。機(jī)座（臺(tái)板）是用來支承機(jī)組并使其牢固地固定在基礎(chǔ)上的部件。小型機(jī)組采用整塊式臺(tái)板，是用鑄鐵澆鑄的空心結(jié)構(gòu)。臺(tái)板與基礎(chǔ)之間置有墊鐵，汽缸找平后，擰緊地腳螺栓，然后在空心臺(tái)板內(nèi)灌入混凝土，使臺(tái)板牢固地固定在基礎(chǔ)上。連接臺(tái)板與基礎(chǔ)的地腳螺栓一般有雙頭螺栓和帶鉤式螺栓兩種型式。
二、汽缸
1．汽缸的作用及受力
汽缸是汽輪機(jī)的外殼。其作用是將汽輪機(jī)的通流部分與大氣隔開，形成封閉的汽室，保證蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)完成其能量轉(zhuǎn)換過程。汽缸內(nèi)部裝有噴咀室、噴咀、隔板套、隔板和汽封等零部件，汽缸外部裝有調(diào)節(jié)汽閥及進(jìn)汽、排汽和回?zé)岢槠苈贰?汽缸的受力情況比較復(fù)雜，而且隨著汽輪機(jī)的運(yùn)行工況改變而變化，為了掌握正確地運(yùn)行方式，保證機(jī)組的安全，必須了解汽缸在工作時(shí)的受力情況。汽缸在工作時(shí)承受的作用力主要有：
（1）汽缸內(nèi)外的壓力差，使汽缸壁承受一定的作用力。
（2）隔板和噴咀作用在汽缸上的力，這是由隔板前后的壓力差及汽流流過噴咀時(shí)的反作用所引起的。
（3）汽缸本身和安裝在汽缸上零部件的重量。
（4）軸承座與汽缸鑄成一體或軸承座螺栓連接下汽缸的機(jī)組，汽缸還承受著轉(zhuǎn)子的重量及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的不平衡力。
（5）進(jìn)排汽管道作用在汽缸上的力。
（6）汽輪機(jī)在運(yùn)行中，汽缸各部分存在著溫度差引起的熱應(yīng)力。因此，在考慮汽缸結(jié)構(gòu)時(shí)，必須保證汽缸有足夠的強(qiáng)度和剛度，保證各部分受熱時(shí)自由膨脹，根據(jù)汽流壓力、溫度和容積的變化要求通流部分有比較大地流通特性；在滿足強(qiáng)度和剛度的情況下，盡量減薄汽缸和法蘭壁的厚度，力求汽缸形狀簡(jiǎn)單、對(duì)稱。
展開 基于NX Nastran的顯微鏡部件結(jié)構(gòu)靜力分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)
摘 要：以顯微鏡支架為研究對(duì)象，利用NX12.0軟件Nastran模塊對(duì)顯微鏡支架部件進(jìn)行前置處理、理想化幾何體、三維四面體網(wǎng)格劃分等，生成對(duì)應(yīng)的模型。采用有限元分析法研究在靜力情況下支架部件的受力情況，找到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化點(diǎn)。通過NX Nastran仿真對(duì)顯微鏡支架結(jié)構(gòu)建模進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)顯微鏡支架部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度進(jìn)行校核，判斷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性。依據(jù)仿真結(jié)果對(duì)顯微鏡支架的優(yōu)化表明，優(yōu)化后最大綜合應(yīng)力減小3.403，最大應(yīng)變位移減小0.078。在滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的前提下，優(yōu)化后支架質(zhì)量減少8.5%，滿足輕量化設(shè)計(jì)需求。
關(guān)鍵詞：顯微鏡;靜力學(xué)分析;Nastran;優(yōu)化設(shè)計(jì);
0 引言
由于顯微鏡機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，用傳統(tǒng)方法和手段設(shè)計(jì)和分析容易導(dǎo)致設(shè)計(jì)不夠準(zhǔn)確。因此顯微鏡支架部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤為重要。目前顯微鏡支架部件可通過簡(jiǎn)化公式、試驗(yàn)以及有限元分析進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化設(shè)計(jì)。顯微鏡產(chǎn)品設(shè)計(jì)除了利用三維軟件建立模型外，有限元分析屬于最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，應(yīng)力、應(yīng)變、力矩、變形等的計(jì)算需要應(yīng)用有限元方法來計(jì)算，加上安全裕度后可以在理論上驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可靠性。
本文首先應(yīng)用NX 12.0軟件中的Nastran模塊[1]對(duì)顯微鏡支架部件進(jìn)行有限元分析，得出支架的應(yīng)力及位移云圖，觀察整個(gè)支架在受力情況下的變形量，分析材料的選取和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。采用Nastran模塊對(duì)支架部件進(jìn)行有限元分析后再進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，免除了零件或樣機(jī)的制作，提前修正產(chǎn)品設(shè)計(jì)。對(duì)支架壓鑄件壁厚和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，通過增加支架提手、修改支架壁厚等方式建立優(yōu)化后的模型，并進(jìn)行對(duì)比，以優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)滿足穩(wěn)定性、強(qiáng)度和剛度、以及減輕質(zhì)量的需求。
1 顯微鏡支架三維參數(shù)模型的建立
顯微鏡支架用于支撐顯微鏡的各個(gè)部件，其加工精度和使用過程的變形量有很高要求。
展開 中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料部件已經(jīng)可以做出來了
這個(gè)樹脂比例已經(jīng)可與用熱壓罐加工預(yù)浸料生產(chǎn)的航空復(fù)合材料部件的樹脂比例相媲美了。
需解決的問題
因此，為了能用高壓樹脂傳遞模塑成型（HP-RTM）工藝生產(chǎn)高品質(zhì)的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）結(jié)構(gòu)件，必須要在碳纖維疊材的表面施加至少80bar的單位壓力。
如果是一個(gè)片狀結(jié)構(gòu)的碳纖維疊材，可以用一個(gè)足夠噸位的壓機(jī)壓緊模具的上下模，以保證達(dá)到碳纖維疊材表面需要的壓力。然而，如果要生產(chǎn)中空結(jié)構(gòu)的部件，則需要增強(qiáng)它的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度同時(shí)又不增加太多重量，一種方法是先做出一個(gè)部件的兩半，然后再粘合在一起；另一種方法是在中空的位置放一個(gè)輕質(zhì)芯材或一個(gè)可導(dǎo)出的重的芯材用于承壓，以避免把中空的部件壓扁。
輕質(zhì)芯材（為輕木或泡沫）不能被導(dǎo)出來，承壓也不能超過15～20bars。
或者可以用一種硬的多孔礫巖做可導(dǎo)出的芯材，最終部件模塑成型后，礫巖可在水中分解并溶解。分解后的礫巖粉末，可以通過在碳纖維復(fù)合材料的表面鉆的小孔排出來。但即使是這種“礫巖”，承壓也不能超過30bars。
還有一種辦法是用那種軟的充滿了液體的承壓袋，用以抵抗液體樹脂的壓力（液體承壓袋是脆性的，還容易變形，體積不能大，否則不便于取出）。
厚的液體承壓袋會(huì)以要求的峰值壓力做預(yù)加壓，但可能會(huì)因?yàn)樘囟鴽]辦法從模塑的部件中取出，或是很難從不規(guī)則的中空內(nèi)腔里取出，而且液體承壓袋也難以去到空腔內(nèi)狹小的邊角。
康隆（Cannon）Afros的解決方案
采用一個(gè)金屬芯材，其外形可與最終的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）中空結(jié)構(gòu)件的內(nèi)腔形狀完全一致，最終碳纖部件制作完成后，再導(dǎo)出金屬芯材。
這種芯材還便于容納金屬嵌入件或在鑄造中嵌入定位銷。
展開 
增材制造：拓?fù)鋬?yōu)化與梯度點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)提升零部件附加值
在先進(jìn)工程設(shè)計(jì)中，拓?fù)鋬?yōu)化和點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)經(jīng)常會(huì)被同時(shí)考慮。近年來，以nTopology為代表的場(chǎng)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)概念使工程師能夠?qū)崿F(xiàn)更高的設(shè)計(jì)自由度。然而，如何正確使用各種場(chǎng)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方法卻尚無定論。
基于面的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)（如gyroids和其他TPMS結(jié)構(gòu)）具有較高的比剛度，且非常適合增材制造工藝。此外，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)還具有許多其他的性能優(yōu)勢(shì)，如較高的換熱系數(shù)、較好的減震性能和易于控制的剛度。
利用點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的這些優(yōu)勢(shì)，我們可以設(shè)計(jì)出比傳統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化更優(yōu)的部件。由于目前還沒有太多文獻(xiàn)清晰并定量地描述點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的功能優(yōu)勢(shì)，本文介紹了一種優(yōu)化點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)剛度的方法。
拓?fù)鋬?yōu)化和點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)相結(jié)合的設(shè)計(jì)可以使零部件具有更高附加值。在本文中，雅馬哈電機(jī)的研發(fā)工程師長本弘治介紹了如何有效地使用這兩種先進(jìn)的工程設(shè)計(jì)技術(shù)，并通過展示一些簡(jiǎn)單的例子闡述在實(shí)際設(shè)計(jì)和制造過程中應(yīng)考慮的因素。
點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)分析工具
隨著增材制造領(lǐng)域中3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，增材點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)在航天航空、船舶、汽車、體育和醫(yī)療等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)作為一種新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除輕量化特點(diǎn)外，同時(shí)還具有優(yōu)良的比剛度/強(qiáng)度、阻尼減震、緩沖吸能、吸聲降噪以及隔熱隔磁等功能性特點(diǎn)。
點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用
由于點(diǎn)陣含有大量復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)，包括胞元類型和幾何尺寸等參數(shù)，導(dǎo)致仿真計(jì)算工作量巨大，傳統(tǒng)有限元分析已經(jīng)無法適用。因此，經(jīng)過多年的仿真計(jì)算積累和努力探索，安世亞太自主開發(fā)了一款專業(yè)用于增材點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)仿真分析的軟件，即Lattice Simulation。
Lattice Simulation是一款用于增材點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)分析的工具，具有用戶自定義和內(nèi)置點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩種方式，已集成在ANSYS add-in擴(kuò)展工具中。
展開 帶有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)冷卻方案的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件
在這方面，根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀察，除了冷卻通道，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)在散熱方面也獲得了不斷深入的研究與應(yīng)用。
提高局部對(duì)流冷卻效果
根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)研究，UTC聯(lián)合技術(shù)正在將3D打印技術(shù)應(yīng)用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件的冷卻方案，包括在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件的壁內(nèi)部的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。通過點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)為燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件提供有效的局部對(duì)流冷卻，使得部件可以經(jīng)受通過核心流動(dòng)路徑的熱燃燒氣體的高溫。
根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，UTC聯(lián)合技術(shù)所設(shè)計(jì)的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)可以適應(yīng)于任何給定的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件或部件的某個(gè)部分的特定冷卻需求。換句話說，通過改變點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)（圖中編號(hào)80）的設(shè)計(jì)和密度，可以調(diào)整以匹配外部熱負(fù)荷和局部壽命要求。
不過對(duì)于任何給定的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)來說，實(shí)際設(shè)計(jì)可取決于部件的幾何形狀。還需要考慮各種要求，包括壓力損失、局部冷卻流量、冷卻空氣熱量吸收、熱效率、總體冷卻效率、空氣動(dòng)力學(xué)混合和可生產(chǎn)性考慮，并且還需要考慮燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的特定參數(shù)。
點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)（圖中編號(hào)80）可以通過諸如粉末床金屬熔融的增材制造工藝來生產(chǎn)，當(dāng)然還可以通過電子束熔化（EBM）工藝來生產(chǎn)。
不過，根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，UTC聯(lián)合技術(shù)還通過鑄造工藝來生產(chǎn)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，這種增材制造工藝可用于生產(chǎn)難熔金屬芯（RMC），包括但不限于鉬c。
3D科學(xué)谷Review
左手冷卻通道，右手點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)
談到發(fā)動(dòng)機(jī)部件的冷卻技術(shù)，我們通常想到的是冷卻通道的方式。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀察，增材制造技術(shù)可以用來實(shí)現(xiàn)帶冷卻通道的發(fā)動(dòng)機(jī)葉片從而使得這些葉片可以在極高的溫度下運(yùn)行，而沒有這些冷卻通道的情況下，這些葉片會(huì)在極高的高溫下發(fā)生變形。
展開 帶有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)冷卻方案的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件
在這方面，根據(jù)市場(chǎng)觀察，除了冷卻通道，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)在散熱方面也獲得了不斷深入的研究與應(yīng)用。
提高局部對(duì)流冷卻效果
根據(jù)市場(chǎng)研究，UTC聯(lián)合技術(shù)正在將3D打印技術(shù)應(yīng)用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件的冷卻方案，包括在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件的壁內(nèi)部的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。通過點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)為燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件提供有效的局部對(duì)流冷卻，使得部件可以經(jīng)受通過核心流動(dòng)路徑的熱燃燒氣體的高溫。
據(jù)了解，UTC聯(lián)合技術(shù)所設(shè)計(jì)的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)可以適應(yīng)于任何給定的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件或部件的某個(gè)部分的特定冷卻需求。換句話說，通過改變點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)（圖中編號(hào)80）的設(shè)計(jì)和密度，可以調(diào)整以匹配外部熱負(fù)荷和局部壽命要求。
不過對(duì)于任何給定的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)來說，實(shí)際設(shè)計(jì)可取決于部件的幾何形狀。還需要考慮各種要求，包括壓力損失、局部冷卻流量、冷卻空氣熱量吸收、熱效率、總體冷卻效率、空氣動(dòng)力學(xué)混合和可生產(chǎn)性考慮，并且還需要考慮燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的特定參數(shù)。
點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)（圖中編號(hào)80）可以通過諸如粉末床金屬熔融的增材制造工藝來生產(chǎn)，當(dāng)然還可以通過電子束熔化（EBM）工藝來生產(chǎn)。不過，據(jù)了解，UTC聯(lián)合技術(shù)還通過鑄造工藝來生產(chǎn)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，這種增材制造工藝可用于生產(chǎn)難熔金屬芯（RMC），包括但不限于鉬c。
左手冷卻通道，右手點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)
談到發(fā)動(dòng)機(jī)部件的冷卻技術(shù)，我們通常想到的是冷卻通道的方式。根據(jù)市場(chǎng)觀察，增材制造技術(shù)可以用來實(shí)現(xiàn)帶冷卻通道的發(fā)動(dòng)機(jī)葉片從而使得這些葉片可以在極高的溫度下運(yùn)行，而沒有這些冷卻通道的情況下，這些葉片會(huì)在極高的高溫下發(fā)生變形。而3D打印可以使得冷卻通道的形狀極為復(fù)雜，從而提高冷卻效率，使得發(fā)動(dòng)機(jī)可以在更高的溫度下運(yùn)行，從而使得飛機(jī)的運(yùn)行效率更高，更經(jīng)濟(jì)。
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