發(fā)布時(shí)間：2020-11-15 11:48

　　 近年來,3D打印技術(shù)發(fā)展迅速且越來越成熟,一些傳統(tǒng)方法難以加工的相對復(fù)雜的零件可以用3D打印技術(shù)進(jìn)行制造。利用3D打印技術(shù)的這一特點(diǎn),可以將其應(yīng)用到汽車交通領(lǐng)域以及航空航天領(lǐng)域,加工一些精密且復(fù)雜的零部件。蜂窩結(jié)構(gòu)作為一種輕質(zhì)高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu),可以應(yīng)用到汽車以及航空航天領(lǐng)域,用來減輕結(jié)構(gòu)的重量。Kagome蜂窩結(jié)構(gòu)是一種組合蜂窩,相對于傳統(tǒng)的六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)復(fù)雜,但其性能良好。可以將其應(yīng)用到汽車的蜂窩夾層材料以及航空火箭的加筋柱殼結(jié)構(gòu)中。由于蜂窩結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜,傳統(tǒng)銑削加工的方式容易引起屈曲變形,3D打印技術(shù)恰好可以解決這一難題。同時(shí),由于Kagome蜂窩是正交各向異性的,3D打印材料也呈現(xiàn)正交各向異性,而各向異性是造成薄壁件屈曲以及變形的主要原因之一,通過改變Kagome蜂窩結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)參數(shù),可以設(shè)計(jì)出各向同性的3D打印Kagome蜂窩結(jié)構(gòu)。因此需要研究影響二者正交各向異性的力學(xué)參數(shù)。本文主要研究內(nèi)容如下:(1)給出了3D打印的正交Kagome蜂窩結(jié)構(gòu)的本構(gòu)解析表達(dá)式。分析了正交Kagome蜂窩結(jié)構(gòu)在平面內(nèi)受到拉伸和剪切時(shí)的性能指標(biāo),例如楊氏模量、剪切模量以及泊松比。通過分析得到了Kagome蜂窩結(jié)構(gòu)的本構(gòu)矩陣以及彈性模量和各向異性率ξ、相對密度ρ兩者之間的關(guān)系。(2)通過單軸拉伸試驗(yàn)測得3D打印材料在橫向以及縱向的楊氏模量。然后,將解析表達(dá)式和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相結(jié)合,我們可以預(yù)測3D打印的Kagome蜂窩的最大楊氏模量和最大剪切模量,同時(shí)還可以研究蜂窩結(jié)構(gòu)的各向同性性能。通過3D打印的拉伸試驗(yàn)驗(yàn)證解析公式的正確性。我們還推導(dǎo)了初始屈服強(qiáng)度曲面和屈曲面方程。(3)通過各向同性分析,得到3D打印的Kagome蜂窩結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)各向同性時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)。將該情況下的蜂窩結(jié)構(gòu)擴(kuò)展到三維筒狀立體結(jié)構(gòu),也就是應(yīng)用到火箭的加筋柱殼結(jié)構(gòu)上,等比例縮放設(shè)計(jì)三維CAD模型,用3D打印機(jī)進(jìn)行打印制造。然后進(jìn)行多組單軸壓縮實(shí)驗(yàn),通過實(shí)驗(yàn)測得其力學(xué)性能參數(shù),與其他參數(shù)的Kagome蜂窩結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進(jìn)行對比。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U466
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
2 蜂窩結(jié)構(gòu)3D打印與測量
    2.1 蜂窩結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及其應(yīng)用
        2.1.1 蜂窩結(jié)構(gòu)在汽車上的應(yīng)用
        2.1.2 蜂窩結(jié)構(gòu)在航空航天上的應(yīng)用
    2.2 3D打印技術(shù)
        2.2.1 3D打印技術(shù)簡述
        2.2.2 3D打印技術(shù)的分類及其原理
        2.2.3 3D打印汽車的發(fā)展歷程
        2.2.4 3D打印在汽車外形設(shè)計(jì)的應(yīng)用
        2.2.5 3D打印技術(shù)在汽車零部件方面的應(yīng)用
        2.2.6 3D打印技術(shù)在航空航天行業(yè)的應(yīng)用
    2.3 數(shù)字圖像相關(guān)方法（DIC）
        2.3.1 DIC方法研究背景
        2.3.2 DIC方法原理概述
        2.3.3 位移場和應(yīng)變場測量
    2.4 本章小結(jié)
3 Kagome蜂窩力學(xué)分析與標(biāo)定
    3.1 3D打印的Kagome蜂窩結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能分析
        3.1.1 Kagome蜂窩結(jié)構(gòu)
        3.1.2 3D打印的面內(nèi)Kagome蜂窩結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能分析
    3.2 3D打印材料彈性模量的測定
        3.2.1 實(shí)驗(yàn)樣件的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)
        3.2.2 單向拉伸實(shí)驗(yàn)
        3.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與各向同性分析
    3.4 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)
    3.5 屈曲分析
        3.5.1 初始屈服強(qiáng)度
        3.5.2 彈性屈曲
    3.6 本章小結(jié)
4 Kagome蜂窩加筋柱殼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)分析
    4.1 實(shí)驗(yàn)樣件的設(shè)計(jì)
    4.2 實(shí)驗(yàn)樣件的制作
    4.3 單軸壓縮試驗(yàn)
    4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
    4.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2884723