基于SLM制备的沙漏型点阵结构力学性能研究与应用

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航空EHA(Electro-Hydrostatic Actuator,电静液驱动执行器)系统作为未来大型客机和先进战机的核心系统,是实现航空航天高端装备智能驱动的关键,对航空EHA的轻量化设计是全世界的迫切需求。随着增材制造技术的迅猛发展,吸引了众多专家学者对点阵结构的研究。点阵结构是一种高比强度、高比刚度、相对密度小、质量轻并且具有良好吸能储能的新型空间网状结构,在航空航天、汽车制造等领域具有广泛的应用前景。因此,本文研究沙漏型点阵结构的力学特性,并将其应用到航空EHA低压阀块的轻量化设计中。本文研究内容主要包含如下:首先,基于SLM制备工艺要求,确定了沙漏型点阵的拓扑结构,建立数学模型,分析出影响沙漏型点阵结构力学性能的参数。其次,建立不同参数的沙漏型点阵结构,并对其进行力学性能实验,获得了其结构的本构关系,同时验证了数学模型的正确性。再次,对沙漏型点阵结构进行有限元仿真分析,基于点阵结构的复杂性、建模繁琐、有限元分析计算量大的问题,进行了二次开发设计,实现了快速梁单元点阵结构模型的建立,成功地降低了有限元分析对电脑性能的要求,通过对不同参数的点阵结构进行有限元分析,得到了力学性能与失效形式,进一步与实验结果和数学模型相互验证其正确性。最后,基于拓扑优化技术对航空EHA的低压阀块进行了轻量化设计,同时将沙漏型点阵结构成功地应用到其中,通过有限元分析对其进行性能验证,满足工作要求,达到了航空EHA轻量化的目的。
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