大型復雜結構件高功率激光焊接的基礎研究結題摘要

本項目針對大功率海洋動力定位推進器等高服役性能裝備中大型復雜構件的焊接制造難題，從高功率激光焊接機理、工藝和過程控制三方面展開研究，取得的主要成果包括：建立了高功率激光焊接多相流數(shù)值模型，闡明了熔池、小孔、等離子體的相互作用機制，揭示了熔池與小孔多旋渦紊流動態(tài)行為、焊縫成形機理以及介觀熔池非平衡凝固過程中的組織轉變行為；發(fā)現(xiàn)了高功率激光焊接工藝參數(shù)與接頭形狀和組織分布相關性規(guī)律，揭示了接頭形狀和組織對接頭性能的影響機制，建立了獲得3種典型材料良好接頭完整性的工藝條件；分析了高功率激光焊接拼裝狀態(tài)對整體焊縫形狀及性能的影響，提出了復雜拼縫形貌的變基準測量與動態(tài)建模方法，建立了面向拼裝狀態(tài)的參數(shù)在線生成策略，實現(xiàn)了基于實時檢測和動態(tài)補償?shù)暮附舆^程閉環(huán)控制。 本項目取得了以下核心創(chuàng)新：①建立了能精確描述高功率激光焊接小孔寬開口特點的復合自適應熱源模型，為熔池小孔精確模擬提供基礎；②發(fā)現(xiàn)了高功率激光焊接熔池多漩渦流動行為，從本質上闡明了焊縫成形機理；③發(fā)現(xiàn)了高功率激光焊縫中存在軸向晶粒，并闡明軸向晶粒對焊縫組織性能的影響機制。以上創(chuàng)新工作為解決高功率激光焊接快速熔化與凝固過程中多物態(tài)的熱質傳遞機理、熔凝區(qū)形狀和組織與接頭性能的相關性規(guī)律等關鍵科學問題提供了有效途徑。 在Corrosion Science、Journal of Alloys and Compounds、Materials & Design、International Journal of Heat and Mass Transfer、Applied Thermal Engineering、Journal of Materials Processing Technology等權威期刊上發(fā)表SCI論文41篇，在國際焊接學會年會（IIW）、國際光電子與激光應用會議（ICALEO）等高水平學術會議上發(fā)表論文6篇，項目成員獲“第一屆激光復合制造協(xié)同創(chuàng)新國際論壇”杰出青年學者獎，申請發(fā)明專利9項（授權6項）、授權實用新型專利4項。本項目相關研究成果為2015年國家科技進步一等獎“汽車制造中的高質高效激光焊接、切割關鍵工藝及成套裝備”、2017年湖北省科技進步一等獎“大型高參數(shù)壓力容器制造成套裝備及其關鍵技術的研發(fā)與應用”提供了支撐。

本項目針對大功率海洋動力定位裝備、大推力火箭發(fā)動機等高服役性能裝備中大型復雜結構件的焊接制造難題，開展高功率激光焊接基礎問題研究，豐富和完善大型復雜結構件高功率激光焊接制造控形控性的理論和技術基礎，提升高功率激光焊接制造的科學性。重點探索高功率激光作用下快速熔化凝固過程中多物態(tài)傳熱傳質機理，尋求焊接熔池小孔穩(wěn)定性的動力學條件；基于連續(xù)冶金反應模型和多相流數(shù)值模擬，定量預測熔凝區(qū)形狀、成分和組織；研究接頭微觀組織演變規(guī)律，掌握接頭微觀組織及介觀熔凝區(qū)形狀與力學性能相關性規(guī)律；建立面向拼裝狀態(tài)和動態(tài)工況的復雜結構件高功率激光焊接參數(shù)在線生成與實時控制方法；最終實現(xiàn)大型復雜結構件高功率激光焊接制造的精確控形控性。

飛機復雜結構件的數(shù)控加工能力是衡量一個國家航空制造水平的重要標志。新一代飛機結構件更復雜、精度要求更高、制造周期要求更短，尤其是對加工變形控制提出了更高的要求。新一代飛機結構件的最大允許變形量僅為0.05mm/m，原有方法大型結構件加工變形量僅能控制到0.2mm/m，對現(xiàn)有制造技術提出了嚴峻挑戰(zhàn)。加工變形控制是材料、設計及制造等多個領域的研究熱點。在制造領域，加工變形控制研究主要有兩種思路：一種是基于變形預測的工藝優(yōu)化，另一種是基于實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的加工閉環(huán)控制。 在第二種思路下，本項目針對傳統(tǒng)基于固定裝夾的工藝方法將工件在整個加工過程中完全夾緊從而無法監(jiān)測工件整體變形的局限，提出了6 x定位與夾緊方法，發(fā)明了嵌入壓力、位移傳感器的浮動裝夾裝置和加工過程中自適應釋放并消除工件變形的新工藝。 本項目引入位形空間理論，提出了包含加工全過程幾何、工藝、監(jiān)測及檢測間的交互作用和演化關系的加工動態(tài)特征概念及其建模方法?；跁r序法建立了特征加工全過程準確的幾何形狀與監(jiān)測、檢測信息之間的同步關聯(lián)關系，進而建立了加工動態(tài)特征模型，為加工變形控制奠定了基礎。 突破了基于加工動態(tài)特征的加工-檢測-監(jiān)測一體化系列關鍵技術，實現(xiàn)了飛機復雜結構件數(shù)控加工變形精確控制。飛機大型結構件加工變形量由0.2mm/m減小到0.05mm/m以內(nèi)。 本項目共發(fā)表論文19篇，其中SCI收錄16篇，分別發(fā)表在CIRP Annals、IJMT&M、ICAE等制造領域頂級期刊，論文SCI他引88次。申請國家發(fā)明專利 39項，其中授權28項。受邀在德國、英國和中國舉辦的重要國際學術會議上作大會主題報告5次，舉辦國際學術會議3次，出版Special Issue 2期。項目成果獲2016年度國家技術發(fā)明二等獎，項目負責人排名第一。 項目負責人入選2017年度教育部“長江學者獎勵計劃”。培養(yǎng)博士生10名，其中4人已畢業(yè)，1人獲江蘇省優(yōu)博，1人任教于瑞典舍夫德大學；培養(yǎng)碩士研究生31人，其中畢業(yè)17人。 2100433B

《大型工程的復雜性管理――組織、文化與決策》是2015年3月出版的書，作者是周晶。

大型工程的復雜性管理――組織、文化與決策

本書介紹了工程與工程組織，用系統(tǒng)科學的視角，分析大型工程組織的復雜性，用SoS視角分析大型工程的跨組織協(xié)同，分了工程文化及其自組織演化機制等，是一部高水平的學術研究著作。

系列名：南京大學工程管理學院文庫

作者：周晶

編輯：陳蘭蘭

ISBN：978-7-305-14642-8

出版時間：201503

字數(shù)：444

定價：112.00

開本：16開

頁數(shù)：448

裝訂：平裝

版次：1 2100433B