【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及增材制造，特别的涉及一种提升镁合金薄壁阻尼性能的一体化增材制造方法。
技术介绍
1、振动和噪声不仅容易造成机械结构损害、机械零件寿命降低、加工精度降低、装备隐蔽性降低，还会影响人类生产生活的舒适性。在航空航天、国防军工、交通运输、精密仪器等领域，振动和噪声导致的材料和结构件失效，会造成灾难性的后果，减振降噪问题一直备受关注。目前，解决减振降噪问题最重要且有效的手段是采用构件的阻尼性能来制作振动源和噪音源部件，从根本上减振消音。构件的阻尼性能可分为材料自身的阻尼与结构产生的阻尼性能。而对于镁合金材料的构件来讲，材料自身的阻尼性能往往随着机械强度的增加而降低，在工程应用中往往需要满足强度而牺牲材料自身阻尼性能，因此在构件上需要额外设计与添加阻尼部件来增强整体阻尼性能，这往往会带来结构复杂性与构件重量增加等问题。因此亟待探索出一些新的方法和途径，协同提升镁合金的阻尼及力学性能，对国防、民用工业均有重要意义。
2、颗粒阻尼技术是一种振动被动控制新技术。该技术利用结构上现存的或附加的空腔，将颗粒体填入其中，结构振动时颗粒体产生碰撞和摩擦，将机械能转化为热能和声能，产生阻尼效应；同时颗粒体与结构间的动量交换也能起到抑制振动的作用。颗粒阻尼具有应用环境范围广、对原结构改动小、产生的附加质量小、减振效果明显等优点，具有明显的应用前景。如专利技术专利cn108050337a公开了一种用于管路减振的铝合金变腔室颗粒碰撞阻尼器，包括一对半圆环柱腔体，每个半圆环住腔体的两端均设置有半圆环状的腔体外表面盖板，所述半圆环柱腔体的内
3、激光选区熔化技术(selective laser melting，slm)是金属零件直接成型的一种方法，是金属增材制造技术的最新发展。该技术的工作原理是采用高能量激光在短时间内将热量输入到金属粉末中，使得金属粉末迅速升温达到熔点并迅速熔化，激光束离开该点后，熔化的金属粉末经散热冷却凝固，与固体金属达到冶金结合，即逐层熔覆的“增量”制造方式；同时slm具有可以生产出采用传统的机加工手段无法制造出来的形状结构复杂的金属零件，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期等优势。因此，该技术目前已重点应用于航空航天、生物医疗、汽车零部件制造等领域。
技术实现思路
1、针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：如何提供一种提升镁合金薄壁阻尼性能的一体化增材制造方法，解决现有颗粒阻尼结构件结构复杂、密封性差、寿命短、且难以一体成形等问题。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：一种提升镁合金薄壁阻尼性能的一体化增材制造方法，所述方法包括：对目标薄壁的空腔结构进行建模，得到三维模型，然后采用镁合金粉末为原材料，通过激光选区熔化技术对其进行制造成形，得到带有一个或多个封闭空腔的薄壁镁合金，且所述封闭空腔中滞留有镁合金粉末；具体包括以下步骤：
3、1)对目标薄壁的封闭空腔结构进行建模，确定粉末封闭空腔的位置、形状与尺寸参数；其中，所述封闭空腔结构的最大悬垂角度小于60°；
4、2)通过离散元法建立薄壁-颗粒动力学模型对目标薄壁添加约束模拟单悬臂场景，并对步骤1)中的建模的结构参数进行优化，最后通过优化算法对封闭空腔结构参数进行迭代优化，得到三维模型，生成加工模型程序文件；
5、3)将步骤2)生成加工模型程序文件输入激光选区熔化设备的控制系统，并设置增材制造工艺参数；
6、4)固定并预热基板，然后铺设镁合金粉末，再对舱室抽真空，根据设定参数通过激光选区熔化工艺在基板上进行增材制造，所述增材制造过程中所述目标薄壁的空腔结构处不进行激光扫描，打印得到含有一个或多个封闭空腔且滞留粉末的薄壁镁合金。
7、这样，根据三维模型直接成型具有特定几何形状的零件，利用粉末床粉末非致密堆积的特点，并通过设计空腔结构，使成形过程中空腔位置的金属粉末不受激光辐射熔化，从而直接将粉末直接滞留于打印构件中，一次性成形含有镁合金粉末的金属构件，大大加强材料的阻尼性能。
8、作为优选的，步骤1)中所述建模是依照实际要求采用cad、ansys或edem建立。
9、作为优选的，步骤1)中所述封闭空腔的形状为方形、三角形和圆形中的一种或多种组合，所述封闭空腔的尺寸包括大小、厚度和数量，所述封闭空腔的位置包括空腔距离边界及空腔之间的距离。
10、作为优选的，步骤2)中所述薄壁-颗粒动力学模型是采用hertz-mindlin无滑动接触模型对颗粒碰撞行为进行分析模拟，颗粒在碰撞的内耗机理可被认为是非弹性碰撞动能耗能和摩擦耗能的总和；
11、所述动能损耗可表示为：
12、其中，mi和mj分别为颗粒的质量；e为颗粒的弹性碰撞恢复系数；vrel为颗粒碰撞前的相对运动速度。
13、所述摩耗能可表示为：δef＝|ffδ| (2)
14、其中，ff为两颗粒间的摩擦力大小；δ为发生滑动时的切向位移量。
15、所述总损耗能可表示为：δetotal＝∑δee+∑δef (3)。
16、作为优选的，所述优化算法是采用传统遗传算法对结构进行多变量的优化；所述目标薄壁的封闭空腔的位置、形状与尺寸参数可以按照需求可作为输入量，并设立优化区间，以最大耗能max{δetotal}作为目标函数进行结构参数优化。
17、作为优选的，所述镁合金粉末包括但不限于we43或we54等合金，所述镁合金粉末的颗粒粒径为35～45μm；所述基板预热的温度为200℃；所述抽真空后舱室的真空度低于5×10-5mbar。
18、作为优选的，所述增材制造工艺参数：激光功率为80～120w，扫描速度为600～1200mm/s,粉层厚度为40μm，采用旋转角度为67°。
19、本专利技术的另一个目的在于，还提供了一种镁合金颗粒阻尼器，采用上述方法制备得到。
20、本专利技术的另一个目的在于，还提供了上述镁合金颗粒阻尼器在制备承载结构件中的应用。
21、相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：
22、1、本专利技术提供一种通过激光选区熔化成形带有封闭空腔的薄壁，并将通过在制造过程中在空腔中滞留粉末设计提升镁合金薄壁阻尼性能的设计和制造方法。采用的激光选区熔化技术具有的逐层铺粉打本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种提升镁合金薄壁阻尼性能的一体化增材制造方法，其特征在于，所述方法包括：对目标薄壁的空腔结构进行建模，得到三维模型，然后采用镁合金粉末为原材料，通过激光选区熔化技术对其进行制造成形，得到带有一个或多个封闭空腔的薄壁镁合金，且所述封闭空腔中滞留有镁合金粉末。
2.根据权利要求1所述提升镁合金薄壁阻尼性能的一体化增材制造方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述提升镁合金薄壁阻尼性能的一体化增材制造方法，其特征在于，步骤1)中所述建模是依照实际要求采用CAD、Ansys或EDEM建立。
4.根据权利要求2所述提升镁合金薄壁阻尼性能的一体化增材制造方法，其特征在于，步骤1)中所述封闭空腔的形状为方形、三角形和圆形中的一种或多种组合，所述封闭空腔的尺寸包括大小、厚度和数量，所述封闭空腔的位置包括空腔距离边界及空腔之间的距离。
5.根据权利要求2所述提升镁合金薄壁阻尼性能的一体化增材制造方法，其特征在于，步骤2)中所述薄壁-颗粒动力学模型是采用Hertz-Mindlin无滑动接触模型对颗粒碰撞行为进行分析模拟，颗粒在碰
6.根据权利要求2所述提升镁合金薄壁阻尼性能的一体化增材制造方法，其特征在于，所述优化算法是采用传统遗传算法对结构进行多变量的优化；所述目标薄壁的封闭空腔的位置、形状与尺寸参数可以按照需求可作为输入量，并设立优化区间，以最大耗能max{ΔEtotal}作为目标函数进行结构参数优化。
7.根据权利要求2所述提升镁合金薄壁阻尼性能的一体化增材制造方法，其特征在于，所述镁合金粉末包括但不限于WE43或WE54镁合金粉体，所述镁合金粉末的颗粒粒径为35～45μm；所述基板预热的温度为200℃；所述抽真空后舱室的真空度低于5×10-5mbar。
8.根据权利要求2所述提升镁合金薄壁阻尼性能的一体化增材制造方法，其特征在于，所述增材制造工艺参数：激光功率为80～120W，扫描速度为600～1200mm/s，粉层厚度为40μm，采用旋转角度为67°。
9.一种镁合金颗粒阻尼器，采用权利要求1～8任一项所述方法制备得到。
10.权利要求9所述镁合金在制备承载结构件中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种提升镁合金薄壁阻尼性能的一体化增材制造方法，其特征在于，所述方法包括：对目标薄壁的空腔结构进行建模，得到三维模型，然后采用镁合金粉末为原材料，通过激光选区熔化技术对其进行制造成形，得到带有一个或多个封闭空腔的薄壁镁合金，且所述封闭空腔中滞留有镁合金粉末。
2.根据权利要求1所述提升镁合金薄壁阻尼性能的一体化增材制造方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述提升镁合金薄壁阻尼性能的一体化增材制造方法，其特征在于，步骤1)中所述建模是依照实际要求采用cad、ansys或edem建立。
4.根据权利要求2所述提升镁合金薄壁阻尼性能的一体化增材制造方法，其特征在于，步骤1)中所述封闭空腔的形状为方形、三角形和圆形中的一种或多种组合，所述封闭空腔的尺寸包括大小、厚度和数量，所述封闭空腔的位置包括空腔距离边界及空腔之间的距离。
5.根据权利要求2所述提升镁合金薄壁阻尼性能的一体化增材制造方法，其特征在于，步骤2)中所述薄壁-颗粒动力学模型是采用hertz-mindlin无滑动接触模型对颗粒碰撞行为进行分析模拟，颗粒在碰撞的内耗机理可被认为是非弹性碰撞动能耗能和摩擦耗能的总和；...
【专利技术属性】
技术研发人员：李坤，吉辰，蒋斌，李子澈，廖若冰，黄焕杰，潘复生，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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