功能分级材料和结构:通过最佳设计,金属增材制造和基于图像的特性统一方法
Rui F Silva1, Pedro G Coelho1,2,3, Carolina V Gustavo1
1UNIDEMI, Department of Mechanical and Industrial Engineering, NOVA School of Science and Technology, Universidade NOVA de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal.
Materials (Basel, Switzerland)
|September 28, 2024
概括
本研究介绍了一个数字工作流程,通过将拓优化和线弧增材制造 (WAAM) 结合起来,来创建功能分级材料 (FGM). 一个优化的FGM梁设计减少了26%的曲应力.
科学领域:
- 材料科学与工程 材料科学与工程
- 添加剂制造 添加剂制造 添加剂制造
- 计算材料设计设计 计算材料设计
背景情况:
- 与同质材料相比,功能分级材料 (FGM) 提供了更高的性能.
- 数字化和增材制造使得能够创建具有定制性质的材料.
- 结合不相似的金属进行组合分级仍然是一个未经探索的领域,具有重要的工程潜力.
研究的目的:
- 提出一个多学科的方法来创建结构特定的以FGM为导向的部分.
- 为FGMs连接不相似的金属解决金方面的挑战.
- 开发FGM设计和制造的概念数字工作流程.
主要方法:
- 使用拓优化为FGM设计.
- 采用多料线弧增材制造 (WAAM) 进行合成.
- 整合基于图像的表征和数值验证与全场变形数据.
- 在纯曲下使用光束对层层的FGM概念进行分析验证.
主要成果:
- 提出了一个概念性的FGM工程工作流程,允许数字数据转换用于几何和组成分级.
- 一个优化的FGM梁 (铁到铜梯度) 的案例研究表明,正常纯曲应力减少了26%.
- 该研究验证了在实验性生产中用于in silico处理的数字工作流.
结论:
- 拟议的方法为先进的FGM部分制造提供了一条途径.
- 数字工具和增材制造对于实现复杂的材料梯度至关重要.
- 进一步的研究可以根据这个数字工作流推进基于FGM的实验实现.
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