【摘 要】
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3D打印技术基于计算机三维辅助设计及分层叠加制造原理,极大地颠覆了传统金属制造业生产模式,能够实现任意几何形状的复杂金属构件高精度快速成形。在建筑钢结构件生产中,相较于热轧、冷成型、铸造、焊接等传统钢结构制造工艺,3D金属打印技术提供了极大的设计自由,同时其工艺周期短、材料强度高、成形质量精度高、能源投入和对环境影响小,具有诸多潜在优势。3D打印建筑金属构件的研究对推动建筑构件智能化、绿色化、自由
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3D打印技术基于计算机三维辅助设计及分层叠加制造原理,极大地颠覆了传统金属制造业生产模式,能够实现任意几何形状的复杂金属构件高精度快速成形。在建筑钢结构件生产中,相较于热轧、冷成型、铸造、焊接等传统钢结构制造工艺,3D金属打印技术提供了极大的设计自由,同时其工艺周期短、材料强度高、成形质量精度高、能源投入和对环境影响小,具有诸多潜在优势。3D打印建筑金属构件的研究对推动建筑构件智能化、绿色化、自由化的高精度制造具有重要意义。本文采用选区激光熔化技术（Selective Laser Melting,SLM）,成功对不锈钢304L管打印成形,对SLM不锈钢304L管的力学性能展开研究,主要包括SLM不锈钢304L成形件材料力学性能及短柱轴压试验研究、有限元模拟及短柱构件国内外设计规范的对比分析。本文先对SLM不锈钢304L管件成形参数进行试验研究,获得了致密度高、成形质量好、力学性能优良的SLM不锈钢304L管件的最佳成形参数。然后对SLM不锈钢304L成形件进行了拉伸试验、硬度测试、残余应力测试和短柱轴压试验,来研究建造方向和退火等因素对材性的影响、硬度与抗拉强度的相关关系、退火前后残余应力水平及短柱构件的力学性能。发现SLM成形件各向异性明显,建造方向、厚度对拉伸性能影响较大。采用ABAQUS有限元分析软件对SLM不锈钢短柱模拟,有限元模拟和试验结果吻合一致,证明了有限元模型的正确性,并进行了有限元扩展模拟,分析了宽厚比、截面形式等对短柱承载力影响。最后本文结合短柱试验和有限元扩大模拟结果,对比国内外不锈钢现行设计规范及计算方法,评估了它们对SLM不锈钢短柱设计的适用性,考虑不锈钢材料应变硬化特征的连续强度法更适合于SLM不锈钢短柱承载力预测,研究为今后3D打印不锈钢建筑构件的设计提供了参考。
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