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航空发动机热管理系统多源空气热沉自适应动态调度方法
发明专利申请公布专利号: CN118795764A
申请人: 南京航空航天大学
发明人: 贺振宗;王译浩;毛军逵;梁爽;张经纬;张康明;王飞龙
申请日期: 2024-09-06
公开日期: 2024-10-18
IPC分类:
G05B11/42
摘要:
本发明公开了一种航空发动机热管理系统多源空气热沉自适应动态调度方法，根据不同空气来源具有不同的热力学特性和温度特征，构建机载多源空气热沉在不同飞行工况下的温度预估模型，分析不同空气冷源温度及散热能力；确定在不同飞行工况下应该选择哪种空气冷源或者哪几种空气冷源协同作用来对热端部件进行散热，同时对空气冷源使用所造成的燃油代偿损失进行分析和评估；以降低机载冷源消耗及燃油代偿损失为目标，借助人工蚁群算法改进的模糊?PID控制技术实现在航空发动机全任务包线下多源空气热沉自适应动态调度，优化多源空气热沉的使用。本发明实现对航空发动机多源空气热源进行动态管理，以合理使用机载冷源。
主权项:
1.一种航空发动机热管理系统多源空气热沉自适应动态调度方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据不同空气来源具有不同的热力学特性和温度情况，构建机载多源空气热沉在不同飞行工况下的散热能力分析模型，不同空气来源包括冲压空气、高温引气和涵道空气；冲压空气引气温度是当地空气的总温，即满足以下关系式： (1) (2)其中，表示飞行器飞行海拔高度，和分别表示海拔高度为时的来流静温和静压，k表示空气的绝热指数，取k=1.4；涵道空气引气是冲压空气再经过风扇舱压缩后进入外涵道的空气，根据风扇舱增压特性曲线，风扇舱出口总温，即外涵道空气总温表示为：(3)式中，为风扇压比，为风扇效率；高温引气来自于压气机引气，因此压气机引气温度为： (4)式中：为压气机压比；步骤2：以系统热端部件散热需求和控温需求为牵引，得到航空发动机热管理系统多源空气热沉匹配调控方案评估方法，即根据不同空气冷源使用所导致的燃油代偿损失为评估指标，确定在不同飞行工况下应该选择哪种空气冷源或者哪几种空气冷源协同作用来对热端部件进行散热，同时确保所造成的燃油代偿损失最小；冲压空气引气所导致的燃油代偿损失为：（5）式中，为引气的质量流量；为来流速度；为飞行器的气动质量，即升阻比；为重量加速度；为燃油比耗；为续航时间；涵道空气引气所导致的燃油代偿损失为：（6）式中，为外涵道换热器冷流体质量流量；外涵道出口气流速度；高温引气所导致的燃油代偿损失为：（7）式中，为燃油燃烧的单位热值；为发动机涡轮前气体比焓；为发动机压气机引气位置压比；为压气机压比；为燃油燃烧完全系数；步骤3：以降低机载冷源消耗及空气热沉使用所带来的燃油代偿损失为目标，借助基于人工蚁群算法改进的模糊-PID控制技术实现在航空发动机全任务包线下多源空气热沉自适应动态调度，优化使用多源空气热沉。
面向复杂空间激光-电弧同轴熔丝原位修复的装置及方法
实质审查的生效专利号: CN118848252A
申请人: 南京航空航天大学
发明人: 占小红; 熊鹏鹏; 王磊磊; 高转妮; 原帅超; 曹亮亮
申请日期: 2024-09-05
公开日期: 2024-10-29
IPC分类:
B23K35/40
摘要:
本发明涉及激光焊接领域，具体是涉及一种面向复杂空间激光?电弧同轴熔丝原位修复的装置及方法，激光?电弧复合熔覆头还形成有位于送丝管外围供激光束通过的激光通道，该激光通道设置有光路调节机构，光路调节机构将多个激光束在待修复工件表面与焊丝汇集并且调节激光束与焊丝的汇集点位置；激光?电弧复合熔覆头还包括有用于调节环状气嘴的喷气口与待修复工件表面之间距离的伸缩调节机构。通过对激光与焊丝的汇集点进行调节，以解决常规焊接头无法对复杂构件的阴角处或狭小空间处直接加热、融化的焊接材料无法直接覆盖受损处的技术问题。
主权项:
1.一种面向复杂空间激光-电弧同轴熔丝原位修复的装置，包括焊接机器人(6)，其特征在于，焊接机器人(6)上安装有用于将焊丝(100)、激光(200)、电弧以及保护气(300)同轴复合的激光-电弧复合熔覆头(7)；激光-电弧复合熔覆头(7)形成有用于输送焊丝(100)的送丝管(701)，送丝管(701)安装有用于产生电弧的导电块(702)；激光-电弧复合熔覆头(7)还形成有位于送丝管(701)外围供激光束通过的激光通道，该激光通道设置有光路调节机构，光路调节机构将多个激光束在待修复工件表面与焊丝(100)汇集并且调节激光束与焊丝(100)的汇集点位置；激光-电弧复合熔覆头(7)还形成有位于激光通道外围用于输送保护气(300)的气体通道，该气体通道的输出端形成环状气嘴，保护气(300)自该环状气嘴喷出形成锥形的保护气(300)屏障；激光-电弧复合熔覆头(7)还包括有用于调节环状气嘴的喷气口与待修复工件表面之间距离的伸缩调节机构。
基于多源激光-丝-粉耦合的原位高熵化焊接装置及方法
实质审查的生效专利号: CN118635610A
申请人: 南京航空航天大学
发明人: 占小红;赵艳秋;马龙飞;李悦
申请日期: 2024-08-19
公开日期: 2024-09-13
IPC分类:
B23K3/08
摘要:
本发明涉及激光焊接领域，具体是涉及基于多源激光?丝?粉耦合的原位高熵化焊接装置及方法。包括激光发生系统、光内丝?粉同步耦合输出系统和控制系统，所有金属粉末的输出端与焊丝输出端的水平距离相同且均以焊丝的输出端为中心旋转；激光发生系统产生的激光束输送至混合焊料的周边形成一对小直径光斑和一对大直径光斑。能够有效解决铝合金、铜合金、钛铝合金、异种金属材料等材料激光焊接过程熔池/匙孔失稳、有益合金元素烧损、焊缝力学性能不足等问题。
主权项:
1.一种基于多源激光-丝-粉耦合的原位高熵化焊接装置，其特征在于，包括：激光发生系统，用于产生一对小直径光斑（2）激光束和一对大直径光斑（3）激光束；光内丝-粉同步耦合输出系统（23），用于向焊件表面输送焊丝（1）和金属粉末组成的混合焊料并且在混合焊料周边形成激光光斑；控制系统（24），用于控制激光发生系统和光内丝-粉同步耦合输出系统（23）；光内丝-粉同步耦合输出系统（23）包括混合焊料输送系统和激光传输系统；混合焊料输送系统，用于沿着焊接路径（25）将焊丝（1）和至少两种不同的金属粉末输送到焊件表面形成混合焊料，所有金属粉末的输出端与焊丝（1）输出端的水平距离相同且均以焊丝（1）的输出端为中心旋转；激光传输系统，用于将激光发生系统产生的激光束输送至混合焊料的周边形成一对小直径光斑（2）和一对大直径光斑（3）；一对小直径光斑（2）位于混合焊料的两侧且两个小直径光斑（2）中心连线与焊接路径（25）重合；一对大直径光斑（3）位于混合焊料的两侧且两个大直径光斑（3）的中心连线垂直于焊接路径（25），大直径光斑（3）的中心距大于小直径光斑（2）的中心距。
纤维复合材料三维立体点阵结构的增材制造热折叠成形方法及装置
实质审查的生效专利号: CN118832852A
申请人: 南京航空航天大学
发明人: 宋文哲; 罗林林; 范聪泽; 郑菁桦; 陈意伟; 单忠德
申请日期: 2024-08-08
公开日期: 2024-10-25
IPC分类:
B33Y30/00
摘要:
本发明公开了一种纤维复合材料三维立体点阵结构的增材制造热折叠成形方法及装置，包括以下具体步骤：步骤一，采用双喷头连续纤维复合材料增材制造装备打印具有重复二维平面点阵结构的纤维复合材料；步骤二，采用机械臂抓手，将打印的二维平面点阵结构纤维复合材料抓取放置于可伸缩热辊热折叠加热装置上，在纤维连接位点加热，热折叠装置为10×10柱状方格排布，可完全伸缩，伸缩高度范围为0?50mm，二维平面点阵结构纤维复合材料通过伸缩热辊加热升高，可折叠成为三维立体点阵结构纤维复合材料；步骤三，采用机械臂抓手抓取三维立体点阵结构纤维复合材料放置于水冷箱中水冷冷却定型。本发明可提升纤维复合材料结构复杂度，实现复合材料的立体结构转变。
主权项:
1.一种纤维复合材料三维立体点阵结构的增材制造热折叠成形方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，采用双喷头连续纤维复合材料增材制造装备打印具有重复二维平面点阵结构的纤维复合材料；步骤二，采用机械臂抓手，将打印的连续纤维热塑性复材平面结构抓取放置于可伸缩热辊热折叠加热装置上，通过可伸缩热辊热折叠加热装置在纤维连接位点加热，可伸缩热辊热折叠加热装置上的热伸缩棍机构为10×10柱状方格排布，可伸缩高度范围为0-50mm，二维平面点阵结构的纤维复合材料通过伸缩热辊加热升高，折叠成为三维立体点阵结构纤维复合材料；步骤三，采用机械臂抓手抓取三维立体点阵结构纤维复合材料放置于水冷箱中水冷冷却定型。
一种增材制造纳米颗粒增强铝基粉末及其制备方法
实质审查的生效专利号: CN118726784A
申请人: 南京航空航天大学
发明人: 王杰;顾冬冬;张晗;刘惠平;陈雯昕;陈宇生
申请日期: 2024-07-31
公开日期: 2024-10-01
IPC分类:
B22F1/18
摘要:
本发明属于金属3D打印技术领域，特别涉及一种用于3D打印的纳米颗粒增强铝基复合粉末及其制造工艺。该工艺采用高能球磨与低能球磨相结合的方式，制备出铝合金包覆的纳米TiC颗粒，显著增强了铝基复合粉末的性能。这种粉末适用于通过选择性激光熔化(SLM)技术制造高性能铝合金构件。本发明制备的纳米复合材料粉末具有纳米颗粒分布均匀、化学成分一致、流动性佳、松装密度高等特点。此外，其在金属与陶瓷的润湿性及界面结合力方面也表现出色，使得该材料在3D打印铝基复合材料中具有卓越的综合性能。
主权项:
1.一种3D打印的纳米颗粒增强铝基复合粉末，其特征在于包括掺杂纳米TiC颗粒的微细铝基粉末及不含纳米TiC颗粒的纯铝合金粉末。
一种基于增材制造的复合陶瓷骨钉测试装置及方法
实质审查的生效专利号: CN118858014A
申请人: 南京航空航天大学
发明人: 沈理达; 余涵娇; 张颖; 张贻淼
申请日期: 2024-07-31
公开日期: 2024-10-29
IPC分类:
G01N3/06
摘要:
本发明公开了基于增材制造的复合陶瓷骨钉测试装置及方法，属于增材制造加工工艺技术领域。本发明通过所设计的骨钉夹具，可以对基于增材制造的复合陶瓷骨钉进行有效装夹固定，通过控制上、下两步进电机的同步转动，实现陶瓷骨钉的模拟攻丝，并使用扭矩传感器实现模拟攻丝过程中陶瓷骨钉所受扭矩数据的采集，进行陶瓷骨钉性能评估。本发明提出的基于增材制造的复合陶瓷骨钉测试方法，可以模拟骨钉自转攻丝的过程，保证陶瓷骨钉在自转的同时其水平移动的距离与之相匹配，有效防止骨钉受到异常的轴向力，从而提高陶瓷骨钉测试结果的准确性。
主权项:
1.基于增材制造的复合陶瓷骨钉测试装置，其特征在于，包括基于增材制造的复合陶瓷骨钉(1)、骨钉装夹固定以及力矩测量装置(2)、进给装置(3)、样件装夹固定装置(4)，所述的基于增材制造的复合陶瓷骨钉(1)用于对样件(17)横向进给并旋转攻丝，以模拟骨钉转入骨头的过程(5)，所述的骨钉装夹固定以及力矩测量装置(2)用于装夹固定陶瓷骨钉(1)，保证其稳定钻入样件中并记录钻入过程中骨钉所受力矩，所述的骨钉装夹固定以及力矩测量装置(2)包括骨钉夹具(6)、扭矩传感器(7)、上联轴器(8)、上步进电机(9)，所述的骨钉夹具前后分别通过圆周方向的螺栓(10)固定陶瓷骨钉(1)以及扭矩传感器(7)，所述的扭矩传感器(7)用于记录测试过程中陶瓷骨钉(1)所受的扭矩数据，通过上联轴器(8)与上步进电机(9)相连接，所述的上联轴器(8)、扭矩传感器(7)、骨钉夹具(6)以及陶瓷骨钉(1)相互连接固定，随着上步进电机(9)的转动而转动，所述的进给装置(3)包括下步进电机(11)、下联轴器(12)、滚珠丝杠(13)、滑动平台(14)、滑块(15)，所述的下步进电机(11)转动，通过下联轴器(12)带动滚珠丝杠(13)转动，通过滑块(15)在滑动平台(14)上实现水平进给，所述的进给装置(3)与骨钉装夹固定以及力矩测量装置(2)通过铝型材(16)相互固定连接，从而实现旋转以及水平进给，所述的样件装夹固定装置(4)包括样件(17)、样件装夹定位板(18)、样件夹具(19)，所述的样件(17)为仿骨质材料的方形样件，其表面有一个预钻孔(20)，所述的预钻孔(20)用于骨钉攻丝，其位置应和骨钉(1)同轴心，直径应略小于骨钉螺纹直径，所述的样件(17)通过样件夹具(19)固定在样件装夹定位板(18)上，所述的装夹定位板(18)表面有螺纹孔，用于固定样件夹具(19)的螺栓，从而实现样件(17)的夹紧，所述的样件固定装置同样通过铝型材(16)与进给装置中的滑动平台相连接。
一种18F标记的18F-BTE正电子显像剂及合成方法
实质审查的生效专利号: CN118955338A
申请人: 南京航空航天大学
发明人: 孙嘉豪; 杨朝晖; 刘泉; 徐函玉; 刘柏林
申请日期: 2024-07-11
公开日期: 2024-11-15
IPC分类:
G01N23/044
摘要:
本发明公开了一种<supgt;18</supgt;F标记的<supgt;18</supgt;F?BTE正电子显像剂及合成方法，合成方法包括：利用氮气流将加速器产生的含H<supgt;18</supgt;F的H<subgt;2</subgt;<supgt;18</supgt;O溶液输送至预先经过10ml 0.5M NaHCO<subgt;3</subgt;溶液和20ml超纯水冲洗的QMA固相萃取柱中。吸附完成后，使用11.5ml K222/K2CO3淋洗液将H18F从QMA柱中洗脱至反应管中。在氮气流的辅助下，将混合物加热至105℃以蒸干溶剂。再次加入2ml无水乙腈，并在氮气流中再次蒸干溶剂。启动冷却风扇将反应管冷却至50℃以下。用1ml无水乙腈溶解10mg BTE前体，并将此乙腈溶液加入至反应管中。在氮气保护下，将反应液加热至90℃并维持10分钟。反应结束后，将其冷却至室温，并通过C?18固相萃取柱进行分离纯化。取一定量的<supgt;18</supgt;F?BTE，将其混入航空煤油中，并进行10分钟的搅拌。该方法为无损检测提供了新的方案。
主权项:
1.一种18F标记的18F-BTE正电子显像剂，其特征在于，所述的正电子显像剂具有式Ⅱ所示的化学结构：
一种承载与耐高温异质材料复杂薄壁结构分区增材制造方法
实质审查的生效专利号: CN118832187A
申请人: 南京航空航天大学
发明人: 占小红; 孙龙骧; 王磊磊; 章宇盟; 李琳沁
申请日期: 2024-07-05
公开日期: 2024-10-25
IPC分类:
B22F10/28
摘要:
本发明属于增材制造技术领域，提供了一种承载与耐高温异质材料复杂薄壁结构分区增材制造方法，包括如下步骤：结构区域划分：根据复杂薄壁结构的实际使用场景，将结构划分为承力区和高温区；分区材料选择：选择高强度的钛合金作为承力区的结构材料，选择耐高温的难熔高熵合金作为高温区的耐热材料；增材工艺选择：根据结构复杂程度和增材工艺特性，采用SLM完成钛合金承力区的制造，采用LMD完成难熔高熵合金高温区的制造；结构成形步骤：基于区域划分、材料选择和增材工艺选择，采用SLM和LMD工艺协同打印复杂薄壁结构，异种材料间采用梯度过渡实现界面平稳过渡。本发明在承载耐高温异质材料复杂薄壁结构增材制造中引入两种工艺协同增材制造技术，在保证主体承力前提下提升高温区的耐高温性能，提供了一种异种材料复杂薄壁结构制造的解决途径。
主权项:
1.一种承载与耐高温异质材料复杂薄壁结构分区增材制造方法，其特征在于，包括如下步骤：结构区域划分：根据复杂薄壁结构的实际使用场景，基于计算流体动力学结果和实验数据，获得薄壁结构在使用过程中的表面温度分布和承受的工作载荷等情况，判断上述结果是否超过设定的最高允许表面温度和应力变形阈值，将结构划分为承力区和高温区；分区材料选择：根据结构区域划分情况，选择高强度的钛合金作为承力区的结构材料，选择耐高温的难熔高熵合金作为高温区的耐热材料；增材工艺选择：根据结构复杂程度和增材工艺特性，采用选区激光熔化工艺SLM完成钛合金承力区的制造，采用激光熔化沉积工艺LMD完成难熔高熵合金高温区的制造；结构成形步骤：基于区域划分、材料选择和增材工艺选择，协同使用SLM和LMD工艺打印复杂薄壁结构，首先进行承力区的打印，打印完成后进行多余粉末去除、整体结构去应力退火并去除支撑结构，之后进行高温区结构打印，异种材料间通过梯度过渡实现界面平稳过渡，最后进行整体构件热处理、机械加工和表面处理。
用于易变形金属材料的难加工悬垂结构无支撑激光增材制造方法
实质审查的生效专利号: CN118875315A
申请人: 南京航空航天大学
发明人: 顾冬冬; 刘欣; 陈雯昕; 孙建峰
申请日期: 2024-06-28
公开日期: 2024-11-01
IPC分类:
B22F10/28
摘要:
本发明公开了一种用于易变形金属材料的难加工悬垂结构无支撑激光增材制造方法，采用激光熔融金属粉末成形金属无支撑悬垂结构，在逐层激光熔融金属粉末成形金属无支撑悬垂结构的各成形层的过程中，当前成形层相对于上一层成形层具有悬垂区域时，采用S1成形策略成形当前成形层的悬垂区域；上一层成形层具有悬垂区域时，采用S2成形策略成形当前成形层与上一层成形层的悬垂区域重叠的区域；剩余区域均采用S0成形策略成形。由此可见，本发明可以减少粉末粘附，提高无支撑悬垂结构成形质量，解决了目前无支撑悬垂结构重力作用下熔体下渗严重引起的结构表面粗糙、粉末粘附严重的问题。
主权项:
1.一种用于易变形金属材料的难加工悬垂结构无支撑激光增材制造方法，采用激光粉末床熔融技术成形金属无支撑悬垂结构，其特征在于，在逐层激光熔融金属粉末成形金属无支撑悬垂结构的各成形层的过程中，当前成形层相对于上一层成形层具有悬垂区域时，采用S1成形策略成形当前成形层的悬垂区域；上一层成形层具有悬垂区域时，采用S2成形策略成形当前成形层与上一层成形层的悬垂区域重叠的区域；剩余区域均采用S0成形策略成形；所述的S0成形策略为固定功率成形策略，其所采用的激光功率为致密化激光功率P0，致密化激光功率P0能够确保当前成形层的金属粉末充分熔化并致密化；所述的S1成形策略为低功率成形策略，其所采用的激光功率为低激光功率PL，低激光功率PL能够确保当前成形层的金属粉末部分熔化；所述的S2成形策略为高功率成形策略，其所采用的激光功率为高激光功率P+，高激光功率P+能够确保当前成形层的金属粉末完全熔化的情况下，对上一层成形层的第三成形区域的金属粉末进行再熔化；致密化激光功率P0、低激光功率PL、高激光功率P+满足：PL<P0<P+。
一种在线实时预测激光熔覆薄板变形方法及系统搭建
实质审查的生效专利号: CN118623783A
申请人: 南京航空航天大学
发明人: 刘洋;廖金镖;花志忠;谢德巧;田宗军;刘志东;上官世茂
申请日期: 2024-06-27
公开日期: 2024-09-10
IPC分类:
G01B11/16
摘要:
本发明公开了一种在线实时预测激光熔覆薄板变形方法，包括实时预测激光熔覆薄板变形系统的搭建、薄板变形图片的在线采集、薄板表面温度特征的在线采集、在线预测薄板变形的网络搭建。其中将采集回来的薄板变形图片进行图像处理，识别出薄板末端中心，通过与第一帧图片的y方向坐标差，得到变形位移；同时利用红外测温仪进行温度测量，得到温度特征；最后将变形位移和温度特征实时输入到预测网络LSTM中，超出阈值便停止打印，实现激光熔覆薄板变形的实时在线预测。激光熔覆由于其复杂的物理化学变化过程常常会导致加工过程中发生变形，从而导致成型件质量下降，温度为激光熔覆过程中较为容易得到的数据，通过红外测温设备即可实时的采集激光熔覆过程中的温度特征，这将大大减少监测成本与环节(温度为激光熔覆过程中较为容易得到的数据，大大减少监测成本与环节)。本发明在激光熔覆修复，激光直接制造复杂曲面薄壁件等金属增材制造领域有良好的应用前景。
主权项:
1.一种在线实时预测激光熔覆薄板变形方法及系统搭建；其特征在于：包括如下步骤：基于实时预测激光熔覆薄板变形系统的搭建；基于halcon视觉软件的薄板末端图片处理；基于红外线测温仪(IR-T)的薄板表面温度特征采集；基于LSTM网络的薄板末端Z方向变形预测；创建薄板末端Z方向变形监测界面。
一种基于热流耦合模型的复合材料增材制造件性能预测及强化方法
发明专利申请公布专利号: CN118673547A
申请人: 南京航空航天大学
发明人: 占小红;卜珩倡;肖丽;李晓东
申请日期: 2024-06-24
公开日期: 2024-09-20
IPC分类:
G06F119/14
摘要:
本发明公开了一种基于热流耦合模型的复合材料增材制造件性能预测及强化方法；包含一个基于热流耦合模型的增材件力学性能预测模型与一个基于喷嘴阶跃式螺线摆动的增材件性能强化方法。结合增材过程热流耦合模型求解结果及物理本质知识引导，将关键微观结构特征参数与力学性能预测模型建立联系，最终实现对复合材料增材件性能的准确预测；采用增材过程喷嘴阶跃式螺线摆动来缓释纤维内部应力，打破增材件强层间结合与低纤维损伤难兼得的矛盾，最终获得较优复材增材件综合性能。本发明可实现涉及繁多工艺条件的复合材料增材件力学性能的准确预测，同时可在不引入外热、力源的情况下，实现强层间结合与低纤维损伤兼得，最终可实现以较低成本实现复合材料增材件综合性能显著提升。
主权项:
1.一种基于热流耦合模型的复合材料增材制造件性能预测及强化方法，其特征在于，包含一个热流耦合模型，一个基于热流耦合模型的增材件力学性能预测模型，以及一种基于力学性能预测模型与喷嘴阶跃式螺线摆动的增材件性能强化方法；复合材料增材件性能受到增材过程纤维损伤、树脂结晶度分布、层间扩散深度及层间空隙形态多种因素协同影响，其性能准确预测极难；针对这一问题，结合增材过程热流耦合模型求解结果及物理本质知识引导，同时实现对增材过程纤维损伤、树脂结晶度分布、层间树脂扩散深度及层间空隙形态的准确仿真，最终实现对复合材料增材件性能的准确预测；具体地，首先，通过增材过程热流耦合模型构件与求解，得出增材过程纤维应力、层间界面压力、温度场及树脂流动场演化特征；随后，依据Hashin准则和纤维应力分布计算纤维强度受损率，依据蛇形模型、层间界面压力和温度场计算层间树脂扩散深度，利用Jeziorny修正的Avrami方程和温度场求解结果计算树脂结晶度分布，依据树脂流相场计算层间空隙分布；随后将这四种关键微观结构特征参数，转化为传统的复合材料代表性体积单元的材料强度、内聚力等热物性参数，实现复合材料增材件微观结构力学特性的准确预测；最后，实现宏观复合材料增材件的力学特性的准确预测；通过热流耦合模型与物理本质知识引导，可实现对涉及繁杂变量复材增材件力学性能的准确预测；同时，复合材料增材过程层间间隙高会抑制纤维损伤，削弱层间结合；层间间隙低会造成较严重的纤维损伤，但增强了层间结合强度；因此在保证纤维损伤较低的情况下获得较强的层间结合是提升复合材料增材件力学综合性能的关键；为达到这一目标，采用增材过程喷嘴阶跃式螺线摆动来缓释纤维内部应力，同时保证了层间间隙不至于过高导致层间压力过低及层间结合变弱；通过这种方法可以在确保层间压力在一定水平基础上，降低一定时间范围内纤维上的应力积累，最终在不引入外界辅助热、力源的情况下，同时实现强层间结合与低纤维损伤，最终获得较优复材增材件综合性能；此外，喷嘴阶跃式螺线摆动轨迹是多个不同高度上空间螺旋线的组合，一个周期内包含一个低水平高度螺线和一个高水平高度螺线，较低高度上螺线摆动幅度较大，较高高度上螺线摆动幅度较小，通过螺线摆动和高度阶跃两种方式，在保证层间维持一定压力的情况下协同降低增材过程纤维应力累积水平，同时保证强层间结合与纤维低损；再次，喷嘴阶跃式螺线摆动轨迹摆动幅度、螺线密度、阶跃高度、长度通过力学性能预测模型来进行优化；最后，低水平高度上螺线摆动幅度范围在0.15-0.35mm，高水平高度上螺线摆动幅度范围在0.1-0.25mm，螺线密度范围在2-10mm-1，阶跃高度范围在0.2-0.8mm，阶跃长度在1-3mm。
一种多向局部加载协同电弧增材薄壁件成形方法及设备
实质审查的生效专利号: CN118595614A
申请人: 南京航空航天大学
发明人: 占小红;季金晟;王磊磊;吕飞阅
申请日期: 2024-06-24
公开日期: 2024-09-06
IPC分类:
B33Y50/02
摘要:
本发明提供一种多向局部加载协同电弧增材薄壁件成形方法及设备，涉及金属增材制造领域。所述多向局部加载协同电弧增材薄壁件成形设备包括增材制造和等材制造两个模块，所述增材制造模块包含电弧增材机械臂、激光重熔机械臂、机械臂控制器、送丝机、焊机、气瓶、激光器和水冷机，所述等材制造模块包含辊轧机械臂和机械臂控制器；所述机械臂控制器控制电弧增材机械臂、激光重熔机械臂和辊轧机械臂的运动，所述送丝机、焊机和气瓶连接电弧增材机械臂，所述水冷机分别连接激光重熔机械臂和激光器。本发明采用激光重熔改善电弧增材侧表面质量，结合多向局部加载方式，控制构件精准成形、减少内部缺陷并提升性能，实现无模制造大高厚比薄壁件。
主权项:
1.一种多向局部加载协同电弧增材薄壁件成形方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：依据最终成形薄壁件尺寸，确定薄壁件长、宽、高方向上的加工余量，构建待成形的增材数模，并将数模划分为若干部分依次进行增材和塑性成形；步骤2：依据材料润湿性，确定薄壁件电弧增材和用于熔合层间间隙的激光重熔工艺参数，规划电弧焊枪和激光熔覆头的工艺路径，利用分层切片及路径规划软件对增材数模进行路径划分，输出电弧增材机械臂和激光熔覆机械臂的联动控制文件；步骤3：设置增材和重熔参数，执行联动控制文件，完成部分沉积态薄壁件的制备；步骤4：测量沉积态薄壁件尺寸并与最终成形薄壁件对比，设置各方向上的变形量和施加载荷，规划薄壁俩侧与薄壁上方轧辊的运动路径和加载顺序，编译多辊轧机械臂的联动控制文件；步骤5：执行多辊轧机械臂的联动控制文件，完成部分沉积态薄壁件的成形；步骤6：重复执行步骤2至步骤5的操作，直至完成薄壁件整体成形。
一种用于高比重钨合金的等离子粉末制备设备及制备方法
实质审查的生效专利号: CN118385596A
申请人: 南京航空航天大学
发明人: 林开杰;顾冬冬;王仁轲;陈阳;冉刘;张玉玺
申请日期: 2024-05-22
公开日期: 2024-07-26
IPC分类:
B22F9/14
摘要:
本发明公开了一种用于高比重钨合金的等离子粉末制备设备及制备方法，包括粉末收集室和等离子喷枪，等离子喷枪安装在粉末收集室一侧，所述等离子喷枪与控制中心、循环过滤空气净化器、水冷箱及多个送粉箱连接，低熔点金属粉末和高熔点钨金属粉末分别通过送粉箱送入等离子喷枪内，随着等离子体气流朝粉末收集室喷出。本发明采用等离子喷枪对高比重钨合金粉末进行制备，利用钨金属粉末高熔点的特性实现单一粉末到合金粉末的制备，低熔点金属粉末熔化为液态在表面张力的作用下包裹在未熔化的高熔点钨金属粉末表面，实现低熔点金属粉末和高熔点钨粉末的快速复合制备合金粉末，有效的降低合金粉末的制备时间，提高了高比重钨合金的粉末生产效率。
主权项:
1.一种用于高比重钨合金的等离子粉末制备设备，其特征在于，包括粉末收集室和等离子喷枪，等离子喷枪安装在粉末收集室一侧，所述等离子喷枪与控制中心、循环过滤空气净化器、水冷箱及多个送粉箱连接，低熔点金属粉末和高熔点钨金属粉末分别通过送粉箱送入等离子喷枪内，随着等离子体气流朝粉末收集室喷出。
用于增材制造变截面端部换位绕组及其优化方法
实质审查的生效专利号: CN118399694A
申请人: 南京航空航天大学
发明人: 张健;桂馨雅;邓千寻;何佳怡;朱了骏;张卓然
申请日期: 2024-04-23
公开日期: 2024-07-26
IPC分类:
G06F30/23
摘要:
本发明实施例公开了一种用于增材制造变截面端部换位绕组及其优化方法，电机绕组设计优化领域。在传统均匀截面的扁线绕组的基础上，进行了变截面与端部换位的设计，对导体的截面高度与导体间的间距进行了优化。基于交流铜损解析模型，结合槽内磁密的分布情况，在忽略环流损耗的情况下，建立了绕组的涡流和直流损耗的优化模型，得到了导体截面的高度参数。变截面绕组的两层换位结构以平衡支路的电势差，减小环流损耗。优化导体间间距，并将变截面端部换位绕组与等截面端部换位绕组进行了有限元验证分析与对比。本发明的变截面换位结构能够有效抑制高速工况下运行的电励磁双凸极电机的高频交流铜损，具有广泛的应用前景。
主权项:
1.一种用于增材制造变截面端部换位绕组的优化方法，其特征在于，包括：S1、获取待优化的端部换位绕组的初始信息，根据所述初始信息建立绕组交流损耗解析模型；S2、根据所述绕组交流损耗解析模型和槽内磁密的分布情况，建立第一优化模型，所述优化模型的输出结果包括优化后的导体截面的高度；S3、建立第二优化模型，所述第二优化模型的输出结果包括优化后的绕组导体间的间距值；S4、将所述第一优化模型和第二优化模型的输出结果，向增材制造设备传输，所述增材制造设备用于制造所述电励磁双凸极电机的端部换位绕组。
一种基于压力注射类Z-pin结构的连续纤维增材制造层间强化方法
发明专利权授予专利号: CN118046575A
申请人: 南京航空航天大学
发明人: 范聪泽;单忠德;宋亚星;陈意伟;郑菁桦;宋文哲
申请日期: 2024-04-16
公开日期: 2024-06-18
IPC分类:
B29C64/165
摘要:
本发明提供一种基于压力注射类Z?pin结构的连续纤维增材制造层间强化方法，通过在连续纤维增材制造的各水平切片中，利用连续纤维打印出栅格框架，并对栅格孔洞进行规则的排布及组合，形成层间的间歇式贯穿空间，进而采用热固性树脂材料在该空间内进行压力注射，构建出跨切片层的连续纵向强化的类Z?pin结构，同时通过控制树脂填充时的挤出压力，引导树脂在连续纤维增材制造中普遍存有的层道间孔隙中进行渗透并逐渐填充，实现在不引入其他辅助能场的情况下，抑制增材制造的伴生孔隙缺陷，最终实现层间强化，并提升整体性能。
主权项:
1.一种基于压力注射类Z-pin结构的连续纤维增材制造层间强化方法，其特征在于，采用连续纤维打印头及热固性树脂挤出头进行复合打印成形，其中连续纤维打印头按打印层顺序，进行格栅状框架的顺序打印；热固性树脂挤出头则在对应打印层内的格栅孔洞中进行树脂材料的压力注射填充；连续纤维整体框架中的格栅孔洞在Z向上形成层间的间歇贯穿空间，而挤出填充的热固性树脂则在该空间内形成类Z-pin结构，且在挤出压力控制下树脂渗透填充连续纤维框架层间的孔隙，最终实现连续纤维增材制造层间强化的作用，该方法步骤如下：步骤1：设定打印层厚t、连续纤维格栅状框架的格栅孔洞尺寸a×b、类Z-pin结构单元类型，以及上述{t，a×b}参数组对应的基础挤出压力值p和不同类Z-pin结构单元类型对应的挤出压力系数组{K2，K3}；步骤2：基于打印层厚t、连续纤维格栅状框架的格栅孔洞尺寸a×b、类Z-pin结构单元类型，对目标模型进行模型分割处理，划分为连续纤维框架结构空间区域模型及类Z-pin结构空间区域模型，两者共用空间坐标系且具有相同切片层的定义序列；步骤3：针对连续纤维框架结构空间区域模型，进行各水平切片层连续纤维格栅框架的路径生成，获得连续纤维打印头各水平切片的打印路径信息{GF}，即第i层信息记为{GFi}；步骤4：针对类Z-pin结构空间区域模型，进行水平切片处理，对各水平切片中的各个类Z-pin结构所对应的填充区域进行标记，结合基础挤出压力值p和不同类Z-pin结构单元类型的挤出压力系数组{K2，K3}，获得热固性树脂挤出头在相关水平切片层的挤出信息{GM}，挤出信息包括每层切片中的进行压力注射作业的挤出位置及对应的挤出压力，即第i层信息记为{GMi}；步骤5：将连续纤维打印头的打印信息和热固性树脂挤出头在相关水平切片层的挤出信息，按照各水平切片层由下至上的顺序进行打印信息复合，并输出最终每一水平切片层所对应的连续纤维打印头打印信息和热固性树脂挤出头的挤出信息{G}，即第i层信息记为{Gi}；步骤6：使用连续纤维打印头及热固性树脂挤出头按照各自动作信息进行协同打印成形，打印结束后进行静置固化处理。
考虑氢影响效应的镍基高温合金的疲劳寿命预测方法
实质审查的生效专利号: CN118171523A
申请人: 南京航空航天大学
发明人: 余子腾; 张宏建; 崔海涛; 王吉福
申请日期: 2024-03-13
公开日期: 2024-06-11
IPC分类:
G06F119/14
摘要:
本发明公开了一种考虑氢影响效应的镍基高温合金的疲劳寿命预测方法，包括如下步骤：1)镍基高温合金充氢前后的低周疲劳试验；2)建立了考虑微观变形机制的晶体塑性本构模型和多晶代表性体积单元模型；3)基于累积损伤理论，并考虑氢影响的疲劳寿命损伤，建立了考虑氢影响因素的裂纹萌生寿命预测模型；4)模型验证，通过对充氢前后以及不同载荷工况下的低周疲劳寿命进行仿真分析，并与试验结果对比。本发明能够对镍基高温合金不同充氢效果和不同载荷工况下的低周疲劳寿命进行预测，并且所需参数可根据材料普通疲劳数据得到，不用设计另外的试验进行参数拟合，具有重要工程实际意义。
主权项:
1.一种考虑氢影响效应的镍基高温合金的疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：对镍基高温合金试验件，设置不同的充氢状态和不同的载荷工况，获取镍基高温合金试验件的低周疲劳寿命；基于晶体塑性本构模型和Voronoi多边形建立多晶代表性体积单元模型，来表征镍基高温合金的微观变形机制；基于累积损伤理论，考虑局部变形的影响对材料裂纹萌生的作用，建立考虑氢影响因素的裂纹萌生寿命预测模型；利用不同的充氢状态和不同的载荷工况，获取的镍基高温合金试验件的低周疲劳寿命对所述考虑氢影响因素的裂纹萌生寿命预测模型进行模型验证，在模型验证通过后，得到最终的考虑氢影响因素的裂纹萌生寿命预测模型。
一种基于密度泛函理论获得高温环境下高熵合金涂层力学性能的方法
实质审查的生效专利号: CN118211381A
申请人: 南京航空航天大学
发明人: 舒磊; 张海龙; 施仙庆; 章咪咪; 徐锋; 葛旺; 黎向锋
申请日期: 2024-03-11
公开日期: 2024-06-18
IPC分类:
G06F119/14
摘要:
一种基于密度泛函理论获得高温环境下高熵合金涂层力学性能的方法，包括如下步骤：1)根据材料的原子构型和排列方式，利用Material Studio软件建立基体和涂层的分子模型，并利用工具切割材料的表面。2)将所建立的钛合金和高熵合金涂层模型建立层状连接，形成上薄下厚的两层构象。3)对步骤2中建立的层状模型进行几何优化。4)设置并运行分子动力学，寻找层状模型在设定温度下的最终形态，并计算体系总能量。5)进行涂层材料的机械性能计算，预测材料的各方向的弹性模量，泊松比及其它派生性能。6)计算涂层和基体间的结合能，评价界面结合强度。本发明具有成本更低，效率更高的优点。
主权项:
1.一种基于密度泛函理论获得高温环境下高熵合金涂层力学性能的方法，其特征在于，包括一下步骤:步骤1，根据材料的原子构型和排列方式，利用Material Studio软件建立基体和涂层的分子模型，并利用工具切割材料的表面；步骤2，将所建立的钛合金和高熵合金模型建立层状连接，形成上薄下厚的两层构象；步骤3，对步骤2中建立的层状模型进行几何优化；步骤4，设置并运行分子动力学，寻找层状模型在设定温度下的平衡状态，并计算体系总能量；步骤5，计算高熵合金体系的弹性矩阵，并利用Voigt-Reuss-Hill近似的方法得到合金的弹性模量，泊松比及其它派生性能；步骤6，计算涂层和基体间的结合能，评价界面结合强度。
基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接装置及方法
发明专利权授予专利号: CN117840614A
申请人: 南京航空航天大学
发明人: 占小红;赵艳秋;马超;李悦;王建峰;吴会强
申请日期: 2024-03-07
公开日期: 2024-05-07
IPC分类:
B23K26/046
摘要:
本发明公开了基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接装置及方法，该装置包括控制系统、激光焊接系统、光纤?半导体激光束控制系统、焊丝选型?送丝系统。根据母材?焊丝型号?接头强度匹配关系，控制系统反馈焊丝选型信号至焊丝选型?送丝系统，送丝机与焊丝输出装置将选型焊丝传输至焊枪。光斑尺寸较大的半导体激光束在前，实施半导体激光?填丝浅层熔覆，将改性纳米焊丝熔覆于焊缝表面，填平焊件表面间隙；光纤激光束在后，完成基于纳米焊丝浅层熔覆的激光改性焊接。本发明能够实现焊丝快速选型与输出，节省焊丝装/拆操作时间，并且解决传统激光填丝焊接对中厚板焊接结构间隙敏感性高、焊接过程熔滴过渡稳定性差等问题。
主权项:
1.基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接装置，其特征在于，包括通过连接线与控制系统连接的激光焊接系统、光纤-半导体激光控制系统和焊丝选型-送丝系统，激光焊接系统包括光纤-半导体激光焊接头；光纤-半导体激光控制系统包括设置在光纤-半导体激光焊接头中相互独立的半导体激光传输系统和光纤激光传输系统，半导体激光传输系统和光纤激光传输系统能够分别自光纤-半导体激光焊接头中向下输出平行的半导体激光束和光纤激光束；焊丝选型-送丝系统包括送丝机、焊丝盘、焊丝输出装置、焊丝枪和焊枪固定装置，焊丝盘至少有两个，焊丝盘设置在送丝机中；焊丝输出装置设置在送丝机的一侧，送丝机中所有的焊丝送入焊丝输出装置中由其选择送出单根焊丝；焊丝枪通过焊枪固定装置安装在光纤-半导体激光焊接头的一侧，焊丝输出装置焊丝枪连接并在工作时向焊丝枪送出单根焊丝。
一种异质铝合金层状交替结构激光同轴熔丝增材制造方法
实质审查的生效专利号: CN118046098A
申请人: 南京航空航天大学
发明人: 占小红; 高转妮; 高奇玉; 王磊磊; 程强; 吕飞阅
申请日期: 2024-03-06
公开日期: 2024-05-17
IPC分类:
B23K26/342
摘要:
本发明公开了一种异质铝合金层状交替结构激光同轴熔丝增材制造方法，包括步骤：设计基于单系列铝合金交替层调整的异质材料过渡方式；获取增材热源模型，计算异质构件增材过程热累积和应力场结果，开展单系列铝合金和过渡区域的组织?气孔演化仿真与冷却过程的微观应力仿真，对宏观热力结果、不同区域晶粒度与致密度、微观应力演化平稳度与分布均匀性逐级合理性判定，优选增材及激光重熔参数；基于优选方案进行异质构件增材与服役性能合规性判定，以实现高质量整体成型。通过使用本发明中的方法，可以实现异质材料高质量一体化激光同轴熔丝增材制造，达到构件增材过程中应力、缺陷、组织与性能协同管控的目的。
主权项:
1.一种异质铝合金层状交替结构激光同轴熔丝增材制造方法，其特征在于，包括步骤如下：(1)开展单系列铝合金单层单道激光同轴熔丝增材制造实验并监测增材过程，获取增材热源模型及其参数；(2)设计多种异质铝合金叠层过渡方式，拆解构件服役性能并获取致密度和晶粒度要求，构建激光清洗、激光同轴熔丝增材和激光重熔全流程的有限元模型；(3)开展异质铝合金激光同轴熔丝增材制造过程热力仿真计算，基于热累积、整体应力和叠层区域应力结果动态判定，输出较优工艺参数下的温度场结果；(4)耦合宏观温度场结果与微观组织-气孔生长模型，获取异质铝合金构件激光同轴熔丝增材制造过程中构件内部微观组织和缺陷分布情况；(5)基于三维模拟所得微观组织与气孔缺陷耦合生长形貌，开展沉积层冷却过程中单系列铝合金和异质叠层区域内部组织与气孔的微区应力仿真计算；(6)基于微区应力动态判定识别输出较优工艺参数并开展样件打印、缺陷检测和服役性能测试，基于缺陷和性能指标合规性判定输出对应异质铝合金激光同轴熔丝增材制造扫描策略和增材样件。
一种对转摩擦式搅拌摩擦增材制造装置及方法
实质审查的生效专利号: CN117718584A
申请人: 南京航空航天大学
发明人: 汤煜哲; 吕万程; 郭训忠; 沈一洲; 钟春强; 赵成龙; 周子凡; 夏颖; 韦桂
申请日期: 2024-01-09
公开日期: 2024-03-19
IPC分类:
B23K20/26
摘要:
本发明公开了一种对转摩擦式搅拌摩擦增材制造装置及方法，包括摩擦预热轴肩、对转丝材热塑化系统、水冷顶锻块和基板；所述对转丝材热塑化系统包括一对共轴可高速旋转的圆盘，圆盘旋转方向互为反向，丝材夹持在两圆盘中因旋转摩擦而热塑化；加工时，摩擦预热轴肩在基板或已增材表面旋转移动，加热塑化基板或增材层；对转丝材热塑化系统旋转塑化丝材，使得塑化金属填充两圆盘间隙后从下方流出，在摩擦预热轴键加工过的基板或已增材层上沉积。本发明提供的对转摩擦式小尺寸搅拌摩擦增材制造装置可以实现小尺寸构件的搅拌摩擦增材制造，填补了搅拌摩增材制造对于小尺寸构件成形的空缺，解决了搅拌摩擦增材制造材料利用率低的问题。
主权项:
1.一种对转摩擦式搅拌摩擦增材制造装置，其特征在于，包括摩擦预热轴肩、对转丝材热塑化系统、水冷顶锻块和基板；所述对转丝材热塑化系统包括一对共轴可高速旋转的圆盘，圆盘旋转方向互为反向，丝材夹持在两圆盘中因旋转摩擦而热塑化；加工时，摩擦预热轴肩在基板或已增材表面旋转移动，加热塑化基板或增材层，以保证增材层与基板和已增材层间的结合；对转丝材热塑化系统旋转塑化丝材，使得塑化金属填充两圆盘间隙后从下方流出，在摩擦预热轴键加工过的基板或已增材层上沉积；而后由水冷顶锻块提供顶锻力，使得塑化金属在顶锻力的作用下进一步扩撒并沉积于基板或已增材层表面，同时通过水冷顶锻块带走增材层热量以控制增材层的温度。
金属粉末专利分析
材料体系分布
制备工艺分布
技术领域分布 (IPC分类)
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B22F10/28(3D打印) • B22F9/04(制粉) •
C23C24/10(涂层) • C22C19/05(镍合金) •
B33Y50/02(控制) • C22F1/18(热处理)