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不同杆间夹角选区激光熔化增材成形点阵结构压缩性能研究

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中国激光 2024年

作者：汤洛天刘奋成尤启凡江五贵刘丰刚余小斌张传奎曾宙南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室

基于有限元仿真和准静态压缩试验研究了杆间夹角分别为60°、90°和120°BCC点阵结构的承载能力，得出了杆间夹角对点阵结构失效模式的影响规律。结果表明：压缩过程中点阵结构的吸能能力、吸能效率和压缩性能随着杆间夹角的增大呈现出... 详细信息

基于有限元仿真和准静态压缩试验研究了杆间夹角分别为60°、90°和120°BCC点阵结构的承载能力，得出了杆间夹角对点阵结构失效模式的影响规律。结果表明：压缩过程中点阵结构的吸能能力、吸能效率和压缩性能随着杆间夹角的增大呈现出先减小后增大的趋势；其中杆间夹角60°试样在失效前可吸收17.7 MJ/m3，能量吸收效率为64.3%，抗压强度达到391 MPa，综合性能最优异。模拟发现拉杆在压缩过程中表现出弯曲行为，计算得出三种试样的拉杆所受弯矩分别为1732 N·mm、2365 N·mm和5366 N·mm，杆间夹角的递增使得拉杆承受弯矩增大，故点阵结构随着杆间夹角的增大所表现出的剪切失效行为越明显。模拟结果显示杆间夹角60°试样为逐层塌陷失效，杆间夹角90°、120°试样为剪切失效，与试验结果保持一致。拉杆断裂模式均为韧性脆性混合断裂。

关键词：点阵结构选区激光熔化 TC4钛合金杆间夹角

纳米孪晶与Fe掺杂对SLM-Al力学性能影响的分子动力学模拟

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稀有金属材料与工程 2023年第1期52卷 145-152页

作者：曾强王丽娟陈韬江五贵南昌大学先进制造学院江西南昌330031 南昌航空大学航空制造工程学院江西南昌330063

通过分子动力学方法研究了不同晶态、孪晶界间距以及Fe掺杂对选区激光熔化(selective laser melting,SLM)铝力学性能的影响。结果表明,纳米孪晶对不同晶态以及是否掺杂了Fe元素的铝的强化效果具有较大的差异。在不同晶态铝中插入纳米孪... 详细信息

通过分子动力学方法研究了不同晶态、孪晶界间距以及Fe掺杂对选区激光熔化(selective laser melting,SLM)铝力学性能的影响。结果表明,纳米孪晶对不同晶态以及是否掺杂了Fe元素的铝的强化效果具有较大的差异。在不同晶态铝中插入纳米孪晶,可以提高单晶铝的抗拉强度,但降低了等轴晶和柱状晶铝的抗拉强度。其中,柱状晶的力学性能对孪晶最敏感,抗拉强度受到影响程度最大。孪晶界间距(λ)对柱状晶铝强度的影响存在临界值(2.8 nm),当λ小于2.8 nm时,柱状孪晶铝的抗拉强度随着λ增加而减小,当λ大于2.8 nm时,柱状孪晶铝的抗拉强度随着λ增加而逐渐增加,直到接近无孪晶柱状铝的强度。与不同晶态孪晶铝的强度相比,掺杂5at%Fe的不同晶态孪晶铝的强度更大,且柱状孪晶Al-5%Fe的强化效果最好,表明合理控制Fe含量和纳米孪晶形态,有望改善SLM铝的力学性能。

关键词：选区激光融化铝晶态纳米孪晶分子动力学

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纳米尺度下切削过程的准连续介质力学模拟

摩擦学学报 2009年第6期29卷 505-511页

作者：赵晟江五贵南昌航空大学材料科学与工程学院江西南昌330063 南昌航空大学工程训练中心江西南昌330034 昆士兰科技大学工程系统学院

采用准连续介质力学方法模拟了镍单晶体刀具在单晶铜工件上的切削过程,深入分析了切削过程中的能量演化、应力场变化和原子位移情况等因素.结合切削过程中位错滑移等塑性行为和原子径向分布理论,揭示了切屑产生的机理,证实了切削过程中... 详细信息

采用准连续介质力学方法模拟了镍单晶体刀具在单晶铜工件上的切削过程,深入分析了切削过程中的能量演化、应力场变化和原子位移情况等因素.结合切削过程中位错滑移等塑性行为和原子径向分布理论,揭示了切屑产生的机理,证实了切削过程中已加工表面和体相晶体结构的非晶态变化是切屑产生的主要原因.通过对纳米切削过程不同阶段的模拟表明:刀具的耕犁作用下剪切带的形成和扩展是切屑形成的初始阶段;变质层的产生是纳米切削的中间阶段并构成了加工表面组织;储存在变形晶格中的变形能超过一定值时,晶格被打破,形成非晶态结构是切屑形成的最终阶段.

关键词：准连续介质方法纳米切削单晶铜非晶态

激光选区熔化成形GH5188合金微观组织及性能

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航空学报 2023年第19期44卷 289-300页

作者：赵楠李多生叶寅刘奋成江五贵南昌航空大学材料科学与工程学院南昌330063 南昌航空大学航空与制造工程学院南昌330063

采用激光选区熔化(SLM)工艺成形GH5188合金,研究激光功率、扫描速度、扫描间距和层间转角等制备参数对成形质量的影响,并进行了力学性能和微观组织分析。结果表明:激光功率为200W、扫描速度为800mm/s、扫描间距为0.08mm、层间转角为45... 详细信息

采用激光选区熔化(SLM)工艺成形GH5188合金,研究激光功率、扫描速度、扫描间距和层间转角等制备参数对成形质量的影响,并进行了力学性能和微观组织分析。结果表明:激光功率为200W、扫描速度为800mm/s、扫描间距为0.08mm、层间转角为45°时成形试样内部组织均匀性优于表面、顶面质量优于侧面。基体组织形貌受熔池熔道影响,细晶分布在熔道边缘,晶粒内存在细小亚晶(粒径为1~2μm)和长条状析出碳化物M_(23)C_(6)/M_(6)C(长约50nm、宽约10nm),碳化物颗粒弥散分布于基体中,亚晶阻碍位错运动及碳化物对位错具有钉扎作用,强化了GH5188合金的力学性能。该工艺参数下试样致密度可达98.75%,硬度达296.71HV,抗拉强度为1048.38MPa,硬度和抗拉性能大于热轧板,延伸率为11.7%,低于热轧板,SLM成形的GH5188合金呈现较好的力学性能。

关键词： GH5188高温合金 SLM 成形质量力学性能微观组织

基于准连续介质法预测薄膜材料纳米硬度和弹性模量

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金属学报 2007年第8期43卷 851-856页

作者：黎军顽江五贵南昌航空大学材料科学与工程学院南昌330063

采用准连续介质法模拟了单晶Al和单晶Cu纳米压痕实验中的初始塑性变形过程,获得了压头在不同压深下的加载和卸载曲线.在计算得到的载荷-压深曲线基础上,根据Oliver-Phart法计算了薄膜材料的接触刚度、纳米硬度和弹性模量,并与相关文献... 详细信息

采用准连续介质法模拟了单晶Al和单晶Cu纳米压痕实验中的初始塑性变形过程,获得了压头在不同压深下的加载和卸载曲线.在计算得到的载荷-压深曲线基础上,根据Oliver-Phart法计算了薄膜材料的接触刚度、纳米硬度和弹性模量,并与相关文献的实验结果进行了比较.研究表明,接触刚度-位移曲线呈线性关系;纳米硬度测量中存在尺寸效应,而在弹性模量测量中却不存在尺寸效应.单晶Al和单晶Cu纳米硬度和弹性模量计算值分别为(0.584±0.013)和(84.088±0.332)GPa,(0.755±0.027)和(131.833±4.449)GPa.预测值与实验结果吻合,表明使用该方法预测薄膜材料的纳米硬度和弹性模量是可行的.

关键词：准连续介质法纳米压痕尺寸效应纳米硬度弹性模量

温度对碳纳米管增强纳米蜂窝镍力学性能的影响

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金属学报 2020年第5期56卷 785-794页

作者：李源才江五贵周宇南昌航空大学航空制造工程学院南昌330063

选取含质量分数为5.22‰碳纳米管(CNT)为代表,通过分子动力学(MD)研究了温度对纳米蜂窝镍(NNHC)和CNT增强纳米蜂窝镍(CRNNHC)在径向拉伸、径向压缩、轴向拉伸和轴向压缩下力学性能的影响。结果表明,NNHC和CRNNHC的弹性模量(E)和最终应力... 详细信息

选取含质量分数为5.22‰碳纳米管(CNT)为代表,通过分子动力学(MD)研究了温度对纳米蜂窝镍(NNHC)和CNT增强纳米蜂窝镍(CRNNHC)在径向拉伸、径向压缩、轴向拉伸和轴向压缩下力学性能的影响。结果表明,NNHC和CRNNHC的弹性模量(E)和最终应力(σu)对温度较为敏感,都随温度升高呈近似线性下降。相比于NNHC,不同温度下CNT的添加对CRNNHC径向力学性能的增强效果并不明显,而对其轴向力学性能则起到了良好的增强作用。CRNNHC轴向拉伸与压缩时的弹性模量提升幅值分别为6.4%~10%与9%~12%,最终应力提升幅值分别为1.5%~5.3%与10%~14%。研究表明,不同温度下CRNNHC沿轴向变形的力学性能普遍要优于沿径向变形的力学性能,也预示着轴向变形时CNT被破坏前吸收的能量相对较多。

关键词：纳米蜂窝镍碳纳米管增强纳米蜂窝镍力学性能分子动力学温度效应

纳米孔洞对单晶/多晶Ni复合体拉伸性能的影响

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金属学报 2020年第5期56卷 776-784页

作者：李源才江五贵周宇南昌航空大学航空制造工程学院南昌330063

采用分子动力学方法研究了预制纳米孔洞缺陷对单晶/多晶Ni复合体拉伸性能的影响。结果表明,与多晶Ni相比,单晶Ni能够提高单晶/多晶Ni复合体的抗拉强度。对比了孔洞位置分布对单晶/多晶Ni复合体拉伸性能的影响。模拟结果表明,处于单晶区... 详细信息

采用分子动力学方法研究了预制纳米孔洞缺陷对单晶/多晶Ni复合体拉伸性能的影响。结果表明,与多晶Ni相比,单晶Ni能够提高单晶/多晶Ni复合体的抗拉强度。对比了孔洞位置分布对单晶/多晶Ni复合体拉伸性能的影响。模拟结果表明,处于单晶区域的纳米孔洞缺陷显著加剧了单晶/多晶Ni复合体界面的断裂。相反,孔洞处于多晶区域时,界面一侧的单晶Ni阻碍了多晶Ni侧非晶化的传播,抑制了孔洞向界面一侧的单晶扩展。随后讨论了界面孔洞的孔隙率对单晶/多晶Ni复合体拉伸性能的影响。结果表明,当孔隙率超过0.8%后,单晶/多晶Ni复合体的抗拉强度迅速下降。最后分析了当保持界面孔洞孔隙率不变的情况下空洞数量对拉伸性能的影响,结果显示,相比于大孔洞,分散的小孔洞具有更好的拉伸性能。

关键词：分子动力学预制纳米孔洞单晶/多晶Ni 复合体拉伸性能孔洞位置孔隙率

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单晶/多晶镍拉伸力学性能的分子动力学模拟

稀有金属材料与工程 2020年第7期49卷 2372-2379页

作者：李源才江五贵周宇南昌航空大学江西南昌330063

为了提高航空发动机推重比,采用整体叶盘新技术却带来了盘叶连接区域高风险失效问题,采用分子动力学对盘叶连接区单晶/多晶镍(SPSNi)的拉伸力学性能进行模拟。首先对比了不同晶态镍拉伸力学性能,发现由于单晶/多晶界面的存在使得拉伸后... 详细信息

为了提高航空发动机推重比,采用整体叶盘新技术却带来了盘叶连接区域高风险失效问题,采用分子动力学对盘叶连接区单晶/多晶镍(SPSNi)的拉伸力学性能进行模拟。首先对比了不同晶态镍拉伸力学性能,发现由于单晶/多晶界面的存在使得拉伸后界面处的非晶化程度加剧,易于萌生孔洞,加剧了SPSNi突然断裂的风险。最后重点研究了SPSNi的应变速率效应与温度效应。当应变速率1*10^8 s^-1

关键词：整体叶盘单晶/多晶镍应变速率效应温度效应

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结构参数对自相似多级蜂窝力学性能的影响

复合材料学报 2017年第9期34卷 2005-2011页

作者：郑隆江五贵吴瑶南昌航空大学航空制造工程学院南昌330063

对蜂窝的代表性体积单元(RVE)研究发现,相比于均匀化边界条件,周期性边界条件能更好地预测蜂窝的等效力学性能。基于周期性边界条件,对自相似多级蜂窝进行面内不同方向的拉伸模拟,重点分析了蜂窝孔隙率与多级长度比对拉伸性能的影响。... 详细信息

对蜂窝的代表性体积单元(RVE)研究发现,相比于均匀化边界条件,周期性边界条件能更好地预测蜂窝的等效力学性能。基于周期性边界条件,对自相似多级蜂窝进行面内不同方向的拉伸模拟,重点分析了蜂窝孔隙率与多级长度比对拉伸性能的影响。结果表明:自相似多级蜂窝在拉伸过程中会呈现面内各向异性,沿扶手椅方向拉伸时,会在节点六边形的水平连接边处发生断裂;沿锯齿形方向拉伸时,当节点六边形的边长大于壁厚和节点六边形的连接斜边的边长较长的情况下,蜂窝会出现两次拉伸破坏,分别在节点六边形边与节点六边形的连接斜边处,而在其他情况下,则只会在节点六边形连接斜边处发生一次破坏。并且自相似多级蜂窝随着孔隙率或长度比的增大,蜂窝拉伸强度呈现减小的趋势。

关键词：自相似多级蜂窝代表性体积单元边界条件各向异性力学性能