1 广西大学省部共建特色金属材料与组合结构全寿命安全国家重点实验室,广西 南宁 530004
2 广西大学机械工程学院激光智能制造与精密加工研究所,广西 南宁 530004
增材制造(AM)的零件若存在悬垂部件,则往往需要添加额外的支撑结构,这不仅会影响打印效率,而且拆除支撑也会引发新的问题。结构自支撑设计能使增材制造摆脱对支撑结构的依赖,现已成为国内外的研究热点。本文首先总结了增材制造结构自支撑设计的原理,接着综述了增材制造零件整体结构自支撑设计的研究进展以及增材制造填充结构自支撑设计的研究进展。其中,根据不同的结构优化方式,将增材制造零件整体结构自支撑设计进一步划分为基于连续体结构拓扑优化、离散结构拓扑优化和形状优化的结构自支撑设计,并分析了各类优化方法的优缺点。最后,讨论了提升计算效率以及提升结构性能的解决方案,并对未来的应用场景以及未来的研究重点进行了展望。
增材制造 结构优化 拓扑优化 填充结构 结构自支撑 中国激光
2024, 51(10): 1002307
1 中国科学院空天信息创新研究院,北京 100094
2 北京邮电大学电子工程学院,北京 100876
3 中国科学院大学光电学院,北京 100049
4 齐鲁空天信息研究院,山东 济南 250101
5 中国地质大学(北京)数理学院,北京 100083
6 中国科学院计算光学成像技术重点实验室,北京 100094
激光相干合成技术是在遥感和通信等领域中能够同时提升激光功率和保持光束质量的有效技术。其中填充因子是影响激光相干合成和衡量相干合成阵列的重要因素。然而,它却不是完备的。因此,提出采用平面波前畸变量(PWD)作为评估激光相干合成性能的综合参数,该参数综合考虑了光束质量、阵列对准、元件制造误差以及其他因素。通过理论推导平面波前畸变量的表达式,分析该参数对系统合成效率的影响,进一步的仿真和实验测量结果表明,平面波前畸变量可以用于反映激光相干合成的综合效率高低,与桶中功率呈负相关。研究结果表明波阵面调制相干光束组合技术在多孔径激光阵列相干组合系统的实际应用中具有潜在的科学价值。
相干合成 填充因子 桶中功率 激光阵列 波前 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706004
1 北京工业大学材料与制造学部,北京 100124
2 建筑材料工业技术监督研究中心,北京 100024
3 中核国电漳州能源有限公司,漳州 363300
硫酸盐侵蚀是混凝土耐久性的一个重要影响因素,为进一步提高高贝利特硫铝酸盐水泥(HB-CSA)基混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能,在HB-CSA中掺入粒化高炉矿渣(GBFS)以提高HB-CSA抗硫酸盐侵蚀性能。采用抗蚀系数来评价矿渣对HB-CSA砂浆抗硫酸盐侵蚀性能的影响,并结合X射线衍射分析法、热重分析法、压汞法、扫描电子显微镜等测试方法,从微观层次对抗硫酸盐侵蚀机理进行了研究。结果表明,矿渣可以提高HB-CSA的抗硫酸盐侵蚀性能,HB-CSA的抗蚀系数可提高至1.51。GBFS-HB-CSA体系在抗硫酸盐侵蚀过程中,矿渣颗粒对HB-CSA孔结构的填充细化起主要作用,SO2-4和Ca(OH)2共同激发矿渣中Al2O3与SiO2水化生成凝胶和钙矾石(AFt),凝胶和AFt填充在浆体孔隙中,细化了浆体孔径,使浆体结构密实,降低了离子渗透性,从而提高HB-CSA抗硫酸盐侵蚀的能力。
高贝利特硫铝酸盐水泥 矿渣 硫酸盐侵蚀 水化产物 微观结构 填充效应 high belite sulfate-aluminate cement slag sulfate attack hydration production microstructure filling effect
光学 精密工程
2023, 31(11): 1660
1 华中科技大学光学与电子信息学院激光加工国家工程研究中心,湖北 武汉 430074
2 江苏先河激光技术有限公司,江苏 宿迁 223800
为实现孔径和锥度可调的微孔加工,设计研制了一种基于双振镜组联动与Z轴上下移动的五轴四联动激光旋切系统。建立了微孔激光旋切物理模型,首先利用边缘轮廓确定微孔形状,再通过分层回型填充方法确定每个激光作用点的位置;然后基于聚焦光束不被遮挡和振镜偏转整体运动量少的原则,确定四个振镜的偏转角度;通过改变边缘轮廓端点数据,可分别实现方孔尺寸和锥度的灵活可控。采用15 W紫外皮秒激光器、两套相同的振镜和焦距为32 mm的远心透镜,配合三维平移工作台,搭建了激光旋切硬件系统,自主开发了多边形激光旋切控制软件。实验采用分层降焦打孔的方式,在厚度为250 μm的氮化硅材料上实现了55 μm×55 μm规格的正锥、零锥、负锥方形微孔的加工,并且还实现了不同孔径(30~80 μm)零锥方形微孔和三角形、五边形、六边形等其他形状微孔的加工。
激光技术 激光旋切 微孔加工 双振镜组 分层填充 锥度调节 中国激光
2023, 50(12): 1202402
长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
针对通过微透镜阵列通光孔径的光束在不同条件下的填充问题,利用填充因子来表征微透镜阵列系统光瞳位置处光束的填充率,并分析其对系统探测距离、点扩散函数和光学传递函数的影响。基于近轴光学模型,构建了快速计算微透镜阵列扫描光学系统填充因子的数学模型,并提出一种系统设计方法。利用该方法设计了微透镜阵列扫描光学系统,所设计系统的实验结果与理论计算结果吻合,表明该系统的性能良好。
成像系统 光束扫描 微透镜阵列 填充因子 探测距离 点扩散函数 光学传递函数
1 上海理工大学材料与化学学院, 上海 200093
2 莫纳什大学材料科学与工程系, 克莱顿 3800
本文以CaCl2与KH2PO4为原料, Na2EDTA·2H2O为螯合剂, 通过NH3·H2O调节溶液pH值, 系统研究了水热釜填充度(16%~64%)与溶液pH值(3.5~6.0)对水热法制备钛表面钙磷涂层形貌和物相的影响。结果表明: 当pH值为3.5和4.0时, 涂层在所研究填充度的范围内主要为三斜结构(P1)的板块状磷酸氢钙(DCPA); 当pH值为4.5和5.0时, 低填充度有利于形成六方结构(P63/m)的蒲公英状羟基磷灰石(HAP), 并随填充度的提高, 涂层由蒲公英状HAP逐渐转变为板块状DCPA; 当pH值为5.5和6.0时, 涂层在所研究填充度的范围内主要为蒲公英状HAP, HAP的结晶度随填充度的提高逐渐增加, 而随pH值的升高蒲公英状HAP的直径逐渐减小。另外, 本文获得的单相HAP涂层、单相DCPA涂层和(HAP+DCPA)两相混合涂层的润湿性均显著优于钛表面, 这将有助于植体的骨整合。同时, 本文也探究了不同钙磷涂层的反应机理。
钙磷涂层 羟基磷灰石 磷酸氢钙 水热法 填充度 pH值 润湿性 calcium-phosphorus coating hydroxyapatite calcium hydrogen phosphate hydrothermal method filling condition pH value wettability
南昌工程学院信息工程学院, 江西 南昌 330099
针对互质阵列的虚拟阵列插值过程中协方差项的非均匀加权问题, 将互质阵列协方差矩阵重构转换为低秩矩阵填充与原子范数重构, 提出基于原子范数的互质阵列协方差矩阵重构算法。该算法先利用广义增广法得到非完备的互质阵列协方差矩阵, 并利用截断的均值奇异值门限填充法得到虚拟阵列的协方差矩阵初值, 然后对其进行原子范数最小化求解, 实现稳健的正定 Toeplitz协方差矩阵重构。该算法充分利用互质阵列协方差矩阵信息, 有效提高互质阵列 DOA估计算法的稳定性, 降低计算复杂度。
互质阵列 矩阵重构 原子范数 低秩矩阵填充 差分伴随阵 coprime array matrix reconstruction atomic norm low rank matrix completion difference coarray 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(3): 332