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Additive manufacturing of Ti-6Al-4V alloy by hybrid plasma-arc deposition and microrolling:Grain morphology,microstructure,and tensile properties

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Science China(Technological Sciences) 2022年第4期65卷 849-857页

作者： CHENG Kui zhang MingBo SONG Hao LIU Xinwang FAN ZiTian wang guilan zhang haiou State Key Laboratory of Materials Processing and Die&Mould Technology School of Materials Science and EngineeringHuazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074China State Key Laboratory of Digital Manufacturing Equipment and Technology Huazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074China

To address the problems of coarse columnar grains,inhomogeneous microstructure,and anisotropic mechanical properties of Ti-6Al-4V manufactured by wire and arc additive manufacturing(WAAM)and hybrid additive manufacturing with plasma-arc deposition,synchronous microrolling(HDMR)was examined in this *** leads to significant grain refinement and isotropy *** additive manufacturing alloys show typical columnar grains,while the microrolled ones show a transition from columnar to equiaxed grains with the fraction depending on the microrolling *** microrolling-induced formation of equiaxed grains is caused by both dendrite fragmentation and priorβrecrystallization in the subsequent ***,the rolling force required for good grain refinement in HDMR is much lower than that in WAAM with subsequent cold *** characteristics are present near the grain boundaries due to the recrystallizedαlamellae *** width of the basketweaveαlamellae decreases with the increasing microrolling *** yield strength and ultimate tensile strength of HDMR samples increase with a decrease in elongation *** study shows that HDMR can effectively refine grains and improve the tensile properties of titanium alloys,providing a broad prospect for the rapid formation of large titanium alloy parts.

关键词： titanium alloy additive manufacturing grain refinement microstructure tensile property

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Synergistic immunoreaction of acupuncture-like dissolving microneedles containing thymopentin at acupoints in immune-suppressed rats

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Acta Pharmaceutica Sinica B 2018年第3期8卷 449-457页

作者： Qian zhang Chuncao Xu Shiqi Lin huanbin Zhou Gangtao Yao hu Liu Lili wang Xin Pan guilan Quan Chuanbin Wu School of Pharmaceutical Sciences Sun Yat-sen University School of Pharmacy Memorial University of Newfoundland

Dissolving microneedles carried drug molecules can effectively penetrate the stratum corneum of skin to improve the transdermal drug delivery. The traditional Chinese medicine acupuncture is based on the needle stimulation at a specific location(acupoint) to generate and transmit biochemical and physiological signals which alter the pathophysiological state of patients. However, the pain associated with conventional acupuncture needles and the requirement of highly trained professionals limit the development of acupuncture in non-Asian countries. The purpose of this study is to investigate whether the dissolving microneedles can be utilized as a self-administered painless replacement for acupuncture and locally released drug molecules can achieve expected therapeutic outcomes. Immunosuppressive rats were treated with acupuncture at Zusanli(ST36) acupoint using microneedles containing *** immune functions and psychological mood of the immunosuppressed animals were examined. The proliferation of splenocytes was examined by CCK-8 assay. CD4 and CD8 expression patterns in spleen cells were detected by flow cytometry. The current study showed that use of either microneedles containing thymopentin or conventional acupuncture both resulted in immune cell proliferation, which was confirmed by flow cytometry. Furthermore, either conventional acupuncture or microneedles were able to effectively mitigate the anxiety caused by immune-suppression when applied on the ST36.

关键词： Dissolving microneedles Acupoint Thymopentin(TP5) Immune-modulating effects transdermal drug delivery Acupuncture

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等离子体射流中陶瓷颗粒的运动与加热

华中科技大学学报（自然科学版） 2006年第11期34卷 29-31页

作者：胡盛德张海鸥王桂兰华中科技大学塑性成形模拟与模具技术国家重点实验室

以格子Boltzmann等离子体射流模型和颗粒运动随机算法为基础,采用气态非平衡热传导方程计算颗粒表面和内部温度变化,对等离子体射流中陶瓷颗粒的热运动进行了数值模拟.模拟结果表明,陶瓷颗粒在等离子体射流中加热时颗粒内部可能出现相... 详细信息

以格子Boltzmann等离子体射流模型和颗粒运动随机算法为基础,采用气态非平衡热传导方程计算颗粒表面和内部温度变化,对等离子体射流中陶瓷颗粒的热运动进行了数值模拟.模拟结果表明,陶瓷颗粒在等离子体射流中加热时颗粒内部可能出现相当大的温差,此温差取决于所经过的等离子体温度,陶瓷颗粒表面温度可以高于也可以低于中心温度.离喷枪出口越近,沿射流横截面颗粒群平均速度和平均温度波动越大,波动较小的高速区滞后于波动较小的高温区.

关键词：等离子体射流陶瓷颗粒温度速度数值模拟

三维等离子喷涂的涂层生长过程温度场数值模拟

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固体力学学报 2005年第2期26卷 151-156页

作者：王桂兰胡帮友严波张海鸥华中科技大学材料学院模具技术国家重点实验室武汉430074

提出了一种基于法矢量的涂层单元生成生长算法,可以在通用CAE软件划分喷涂基体四面体单元基础上,在三维曲面的待喷涂表面生成涂层三棱柱单元.利用基体四面体单元和生成的涂层三棱柱单元,采用基于匀质化宏细观连成理论的温度场计算数学模... 详细信息

提出了一种基于法矢量的涂层单元生成生长算法,可以在通用CAE软件划分喷涂基体四面体单元基础上,在三维曲面的待喷涂表面生成涂层三棱柱单元.利用基体四面体单元和生成的涂层三棱柱单元,采用基于匀质化宏细观连成理论的温度场计算数学模型,模拟得到三维等离子喷涂涂层生长过程的温度场.

关键词：等离子喷涂自由曲面匀质化理论温度场数值模拟

等离子熔积直接成形翼子板模具过程温度场数值模拟

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热加工工艺 2011年第11期40卷 185-188页

作者：王桂兰李啸胡帮友张海鸥华中科技大学材料科学与工程学院湖北武汉430074 华中科技大学机械科学与工程学院湖北武汉430074

利用有限元分析软件AYSYS,对汽车翼子板功能梯度材料模具的等离子熔积成形过程温度场进行了数值模拟。计算结果表明,温度场呈周期性变化,且随着成形件平均温度的升高,温度分布趋向均匀;在沟槽区域,梯度材料平均温度较均质材料高约11%;... 详细信息

利用有限元分析软件AYSYS,对汽车翼子板功能梯度材料模具的等离子熔积成形过程温度场进行了数值模拟。计算结果表明,温度场呈周期性变化,且随着成形件平均温度的升高,温度分布趋向均匀;在沟槽区域,梯度材料平均温度较均质材料高约11%;最后通过对温度场实测,验证了计算结果正确性。

关键词：梯度材料翼子板模具等离子熔积成形温度场

面向熔射快速制模的机器人自动研磨系统的开发

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中国机械工程 2005年第17期16卷 1515-1518页

作者：张海鸥胡永凉王桂兰任俊华中科技大学武汉430074

为解决熔射制造大中型汽车覆盖件模具过程中人工研磨时间长、劳动强度大等问题,建立了面向熔射快速制模的机器人自动研磨系统。在该系统上进行机器人研磨工艺参数实验研究,得到了研磨角度、机器人行走速度和路径对研磨表面质量的影响规... 详细信息

为解决熔射制造大中型汽车覆盖件模具过程中人工研磨时间长、劳动强度大等问题,建立了面向熔射快速制模的机器人自动研磨系统。在该系统上进行机器人研磨工艺参数实验研究,得到了研磨角度、机器人行走速度和路径对研磨表面质量的影响规律;在此基础上选择合适的研磨条件,在通过等离子熔射制造的模具表面皮膜上进行了研磨实验。实验研究结果表明,保持适当的研磨压力,选取合理的机器人行走速度、研磨角度、进给量,可得到较好的研磨效果。该机器人自动研磨系统适用于熔射制造的模具及一般模具的研磨过程。

关键词：气动机器人研磨熔射

等离子沉积直接成形传热传质与晶粒生长多尺度数值模拟

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金属学报 2009年第4期45卷 415-421页

作者：孔凡荣张海鸥王桂兰华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室 Research Center for Advanced Manufacturing Southern Methodist UniversityDallasTX 75205USA 华中科技大学材料科学与工程学院

运用有限容积法(FVM)对等离子沉积直接成形(PDM)过程中的沉积层温度场、熔池液相流动场进行了数值模拟.采用水平集方法追踪液/气界面演变过程,采用焓孔隙率法处理固/液相变过程,并采用Monte Carlo(MC)方法模拟沉积温度载荷作用下成形件... 详细信息

运用有限容积法(FVM)对等离子沉积直接成形(PDM)过程中的沉积层温度场、熔池液相流动场进行了数值模拟.采用水平集方法追踪液/气界面演变过程,采用焓孔隙率法处理固/液相变过程,并采用Monte Carlo(MC)方法模拟沉积温度载荷作用下成形件热影响区(HAZ)组织的晶粒长大过程.基于所提出的FVM-MC法耦合的宏/微观统一模型模拟了镍基高温合金K163薄壁零件PDM过程中沉积层HAZ晶粒的生长过程,预测了在重复热冲击作用下热影响区晶粒长大与转变过程.模拟结果表明,热冲击频率与温度幅值直接决定热成形件的组织形态;热扫描速度影响熔池液相流动与温度场分布,从而间接决定了成形件的最终晶粒尺寸与分布.随着热扫描速度的增加,成形件晶粒趋于细化.在保证粉末充分熔融条件下,提高热扫描速度可以细化HAZ的晶粒尺寸.

关键词：等离子沉积直接成形(PDM) Monte Carlo方法有限容积法水平集方法镍基高温合金

面向复杂梯度材料模具等离子熔积制造的建模与轨迹规划

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中国机械工程 2017年第16期28卷 1994-1999页

作者：王湘平张海鸥王桂兰华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室武汉430074 华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室武汉430074

为满足复杂功能梯度材料(FGM)模具设计和制造的需求,提出了基于非均匀梯度源的体素建模和双数据模型驱动的轨迹规划新方法。双数据模型中的STL模型用于梯度源设计和几何轨迹生成,体素模型用于材料分布设计和FGM表征建立。通过几何轨迹... 详细信息

为满足复杂功能梯度材料(FGM)模具设计和制造的需求,提出了基于非均匀梯度源的体素建模和双数据模型驱动的轨迹规划新方法。双数据模型中的STL模型用于梯度源设计和几何轨迹生成,体素模型用于材料分布设计和FGM表征建立。通过几何轨迹离散和材料信息检索与融合,生成了熔积成形轨迹。新方法不仅具备多个局部复杂参考特征同时描述的能力,还使得成形轨迹兼具几何精确快速和材料分布复杂的特点。最后通过汽车翼子板模具实例验证了算法的有效性。

关键词：等离子熔积制造功能梯度材料双数据模型轨迹规划

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面向WAAM无支撑制造大悬臂的自适应切片

华中科技大学学报（自然科学版） 2016年第1期44卷 56-59页

作者：王湘平张海鸥王桂兰华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室湖北武汉430074 华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074

为满足多轴送丝电弧熔积增材制造(WAAM)无支撑制造大悬臂结构的需求,提出一种厚度和方向均可变的自适应切片算法.首先通过层间相对悬臂长度的计算,进行大悬臂结构识别;然后对位置和方向分别进行二分迭代优化和主成分分析(PCA)迭代优化,... 详细信息

为满足多轴送丝电弧熔积增材制造(WAAM)无支撑制造大悬臂结构的需求,提出一种厚度和方向均可变的自适应切片算法.首先通过层间相对悬臂长度的计算,进行大悬臂结构识别;然后对位置和方向分别进行二分迭代优化和主成分分析(PCA)迭代优化,确定分段平面,分解大悬臂结构为微悬臂子结构;最后对子结构进行平行切片,产生均匀切片以满足工艺制造需求.相比于现有的最小包围球冠和质心轴法,该算法的相对悬臂长度和悬臂角更小,分段子结构的数量也更少,具备更佳的可制造性和更高的制造效率.实例证实了算法的有效性.

关键词：送丝电弧熔积增材制造悬臂结构自适应切片悬臂长度主成分分析