基于增材制造成本最优的民机元件减重设计方案研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dylwq
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增材制造(3D打印)技术以其特有的成形方式在民机领域拥有得天独厚的优势,尤其是减重设计与增材制造的融合,更是将民机结构件的性能和重量做到了同步优化。但是在民机设计中,除了考虑安全性、可靠性等,经济性和绿色环保也是重要的指标。因此,在增材制造成本高昂的前提下,将减重设计和增材制造不同打印方向的差异考虑到民机结构件的研制过程中,从而进一步的研究其应用新技术带来的经济效益,将具有重大的意义。那么在国内外尚无全面的全寿命周期评估模型的情况下,亟需一款适用于民机结构件设计的成本分析软件。故本论文针对上述增材制造民机元件的研制问题,展开如下主要内容的研究:(1)针对典型民机元件成本的估算,本文从三个不同的角度建立适用于增材制造和传统加工的估算模型;同时,由于增材制造不同工艺的成本模型差距很大,故选择SLM为研究对象,详细分析其工艺过程中涉及到成本活动,最终建立准确、可靠的成本计算模型;最后,根据上述理论模型开发一款采用Python语言的成本分析软件,以便于民机元件的前期研制过程。(2)以典型民机元件舱门摇臂为例,首先依据实际工况要求设计试验方案,验证舱门摇臂有限元模型的可靠性;再对所述可靠的舱门摇臂模型进行不同方案的减重设计,计算相应的制造成本,并结合民机元件的减重效益,可知增材制造拓扑优化点阵模型具有较大的经济潜力;最后,将减重效益模型应用到民机减重方案的选择上,指导民机元件进行减重设计。(3)在已经给定增材制造工艺参数的情况下,利用软件模拟打印探究不同打印方向的影响,从而表明打印方向对成本、打印零件的数量影响较大;利用SLM制备的Al Si10Mg合金拉伸试验探究不同打印方向对力学性能的影响,从而表明打印方向对力学性能有一定的影响;在此基础上合理选择增材制造的特征属性组成序列,利用灰色关联模型选择最优打印方向。
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