导　　师： 杨永强

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 随着增材制造技术的发展,零部件的设计方法也开始发生变化。受益于增材制造逐层累加的成型方式,零部件的设计自由度得到了极大的解放。传统制造工艺的设计约束不再是设计过程中首要考虑的因素,如何通过设计提升零部件性能正变得越来越重要,尤其是轻量化设计方面。传统的零部件设计方法已然不适用,急需面向增材制造的设计理念和设计方法。但实际上,增材制造并非可以完全无视工艺的约束进行绝对意义上的自由设计。如何将轻量化设计与增材制造有机结合,发挥两者各自的优势,是增材制造在实际应用中面临的重要课题。本课题围绕激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)成型轻量化复杂构件的增材制造设计展开更为系统的研究,主要包括以下几部分内容:1)归纳了SLM技术的成型几何约束,提出了相应的结构优化设计准则,并提出了一种改善拓扑优化设计零件使其适用于SLM工艺的设计方法,以获得具有理想成型精度及使用性能的零件。通过舱外天线支架及密封闭锁装置两个案例的研究结果表明,基于SLM的结构优化技术是行之有效的,该方法同样也可用于其他零部件的优化设计。2)提出了一种基于性能的网格结构轻量化设计方法。针对三种特定压缩载荷条件,通过拓扑优化设计获得三种不同构型的轻量化网格结构单元体(FCC,VC和ECC),并应用SLM技术将其加工成型并评估其力学性能。SLM成型的316L不锈钢拓扑优化网格结构在力学性能方面与常见的网格结构相比更为优越,验证了通过拓扑优化技术进行网格结构单元体选型的可行性,从而为网格结构单元体的选型问题提供一种解决方案。3)基于拓扑优化网格结构单元体FCC进行了尺寸效应的探索,推导了四种不同单元体尺寸的FCC网格结构点阵的“杨氏模量-单元体尺寸-孔隙率”数学模型。针对数学模型难以�

关 键 词： 激光选区熔化 增材制造设计 轻量化 网格结构 结构优化

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