增減材復合制造能量輸入對零件材料性能的影響研究結題摘要

增材減材制造(Additive/Subtractive Hybrid Manufacturing, A/SHM)結合了增材和減材兩種工藝，既可以通過控制增材工藝參數成形復雜的幾何結構并對零件晶粒組織進行一定調控，又可以通過減材工藝保證零件的精度和表面質量，適用于制造復雜幾何特征的零件，在航空、航天、汽車等領域有廣泛的應用前景。本項目針對激光增材制造工藝中存在缺陷的問題，研究了成形件內部缺陷產生規(guī)律，利用多元線性回歸方法建立了孔隙度與工藝參數之間的關系模型，其相關系數達93.04%，并開發(fā)了增材制造缺陷數據庫管理系統(tǒng)。提出耦合粉末尺度下的鋪粉模型、中尺度下的溫度場模型和粉末尺度下的熔池流體力學模型的多尺度建模方法，研究了不同粗糙度底面導致的熔道形貌和熔池流動行為，結果顯示增材表面粉末更密實，但其潤濕性更差，更易產生球化效應。建立了FEM-CA-MC模型，成功模擬出增材制造過程中重熔和固態(tài)晶粒粗化現象，基于該機理和模型預測結果設計了晶粒組織調控工藝實驗，可以實現對單道多層LENS增材工件晶粒形態(tài)及尺寸一定程度的調控。本項目提出了將渦流檢測(Eddy Current Detection, ECD)與A/SHM工藝相結合的制造及缺陷檢測方法，確定了最佳激勵頻率為100kHz，隨著增材余溫的增加，信號電抗值近線性增加，且隨著缺陷尺寸的增加ECD信號強度增加，證實了利用渦流進行缺陷檢測的可行性。針對實際銑削過程中出現的刀具磨損形貌，建立了基于磨粒、粘結、擴散磨損機理及熱力耦合作用的正反饋Simulink仿真模型，對銑刀后刀面磨損帶長度進行了定量預測，整體預測誤差在22%以下。A/SHM工件殘余應力是增材和減材工藝共同作用的結果, 初始增材殘余應力在近表面深度范圍均為拉應力，側銑主要受后刀面犁耕作用影響，在加工表面引入壓應力；隨著徑向切深的增加，銑削殘余壓應力逐漸增加，當銑削引入殘余壓應力足夠大時，可以將A/SHM工件表面整體殘余應力轉變?yōu)閴簯?。本項目結合實驗與仿真研究了增材過程中缺陷產生的原因，并集成渦流檢測技術到A/SHM工藝中，將缺陷檢測與去除結合起來，為增材制造獲得高精度，高質量的工件提供理論指導。 2100433B

本項目對增減材復合制造(A/SHM)中的零件控形控性方法進行研究，提出控制增材制造和減材加工中的能量輸入以保證A/SHM零件精度和性能的新思路，研究A/SHM工藝參數對零件材料性能的作用規(guī)律，為A/SHM一體化制造技術的發(fā)展提供理論依據。研究在A/SHM制造馬氏體時效鋼零件過程中，增材制造和減材加工的復合工藝對缺陷、熱應力及零件表面完整性的影響規(guī)律。通過增材制造實驗和理論分析，建立增材制造熱力耦合數值模型，研究激光輸入能量密度對缺陷和熱應力的影響，為確定減材加工區(qū)域提供依據。在增材余熱條件下對馬氏體時效鋼進行干切削，研究余熱溫度和工藝參數對切削力、切削熱和零件表面完整性的影響，從而確定切削工件容許溫度。對A/SHM工藝路徑進行規(guī)劃，根據實時檢測的工件溫度，優(yōu)化A/SHM的能量輸入，確定減材加工的區(qū)域和時機。該項目對促進A/SHM制造技術在航空航天、汽車和模具制造領域的應用具有重要意義。

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不同材料影響有所不同。鋯合金在輻照后屈服強度會升高，而延伸率下降。輻照使強度和延性發(fā)生變化的程度取決于溫度和輻照劑量。輻照強化隨中子注量增加顯著增大，而由于溫度升高又使其減小。在這一對相反的效應中輻照強化具有決定性的作用。一般認為強度變化大致在快中子注量為10~10n/cm時趨向飽和；而延性值在快中子注量為3×10~1×10n/cm時達到飽和；總伸長約在快中子注量為5×10n/cm時達到飽和。此外，輻照對鋯合金的蠕變性能也有顯著影響?？偟内厔菔侨渥兯俾释蓴盗考壴黾?。

鐵素體鋼（碳鋼、低合金鋼等）輻照一般使鐵素體鋼材抗拉強度略有升高，塑性下降，延伸率下降最顯著，而斷面收縮率下降較少。輻照對這類鋼最重要的影響是韌性降低，無延性轉變溫度增高，這對這類鋼用于反應堆壓力容器是極不利的。為了改進這類鋼的使用，除改善這類鋼的組織，使鋼中的雜質和氣體含量減少、組織均勻外，尤其是要對Cu、Ni、P三種元素進行控制。一般要求核容器用鋼中的Cu含量應低于0.1%。Ni對抗輻照性能影響較大，因此在合金中除必需的合金元素成分外，減少Ni的含量對核容器鋼是有利的。此外，對核容器鋼P、S要盡可能減少，推薦P含量低于0.012%，S含量低于0.015%。

輻照對石墨的影響。輻照會引起石墨抗壓和抗彎強度增加，熱導率和電導率降低。輻照會加快石墨的蠕變。石墨在輻照時，在尺寸上也會發(fā)生各向異性的變化。在輻照溫度很高時，會有足夠的移動能力使原子的位移回到平衡位置。輻照對石墨的效應主要是潛能：在低溫輻照時產生的原子位移會使石墨中積聚大量能量。這個能量在石墨加熱到500℃以上時，由于位移原子復位而釋放出來。當輻照中子注量達到10n/cm時，潛能可達到150J/g。如果這些能量突然釋放出來，將燒壞堆內構件。保持石墨工作溫度在500℃以上（例如高溫氣冷堆）可避免這種輻照的破壞效應。2100433B

自助服務技術的出現從根本上改變了服務傳遞者和顧客之間的關系，現有關系營銷理論需要進一步評估自助服務技術的使用對顧客和服務企業(yè)長期關系的影響（Curran等2003），雖然近年來有少量關于技術對企業(yè)之間關系的影響研究，但對企業(yè)和最終消費者之間關系的研究相對較少。本研究旨在揭示自助服務技術的使用對關系質量的影響及其機理，并解釋消費者自助服務技術的不同使用行為的原因，并在兩個主要研究目標的基礎上，從企業(yè)視角探查自助服務技術質量的構成及其影響因素。 研究一關注自助服務技術的使用對關系質量（維持）的影響及機理，研究表明：1. 使用行為可分為使用頻率和多樣性；關系維持可操作為關系穩(wěn)定和發(fā)展。其中，關系穩(wěn)定可分為持續(xù)使用意愿和轉換意愿；關系發(fā)展可分為存款金額增加和溢價支付意愿。2. 使用頻率通過主動意愿機制的兩個變量，感知有用性和感知自我效能對關系維持（維持）產生影響，并且使用頻率對關系維持既有正向影響（0.3138）也有負向影響（-0.4208），且負向影響大于正向影響。3. 使用多樣性通過約束機制變量，即感知依賴對關系質量（維持）產生較大的正向影響（0.9）。研究結果說明，從顧客使用行為作為出發(fā)點，可以較高的預測企業(yè)和顧客之間的關系，突破以往從顧客認知和情感再到行為（意愿）的研究范式。 研究二重點研究消費者自助服務技術的不同使用行為的原因。研究以顧客價值和偏好理論為出發(fā)點，通過消費者訪談、顧客價值層級的劃分及最終的問卷調查，論證并檢驗功效性價值以偏好為中介對使用頻率和使用多樣性的影響。研究結果表明，感知易用性，感知便利，感知控制，感知風險和技術焦慮作為功效性價值通過偏好對消費者的自助服務技術使用行為產生影響，數據分析結果說明，這五個功效性價值因素能解釋偏好的65%，同時偏好作為中介變量，分別能解釋使用頻率和使用多樣性的23%和20%。 研究三關注自助服務技術質量、自助服務技術質量對企業(yè)績效的影響和企業(yè)內部影響自助服務技術質量的因素。研究界定自助服務技術質量是顧客在選擇、消費自助服務技術過程中，對自助服務技術的期望服務與感知服務的總體性評價，包括效率性、保密性、信息性、移情性和創(chuàng)新性五個維度。管理者認知和服務創(chuàng)新這兩個企業(yè)層面的因素對自助服務技術質量有顯著影響，而自助服務技術質量對企業(yè)績效的影響隨著品牌影響力和行業(yè)競爭程度的增強而增強。 2100433B

與消費者建立并維持高質量的關系是企業(yè)界和學者們一直以來關注的焦點問題之一。但是，隨著自助服務技術的廣泛使用，已經從根本上改變了服務企業(yè)和消費者之間的關系。而有學者指出，傳統(tǒng)的關系營銷理論并沒有考慮自助服務技術的使用問題。技術對關系既可能有正向影響，也可能有負向影響。消費者在自助服務技術使用上的不同導致對關系質量的影響也是不同的。本研究擬在現有研究的基礎上，通過消費者訪談、問卷調查等規(guī)范的實證研究方法，回答消費者自助服務技術的使用對關系質量的影響到底是怎樣的？影響機理是什么？以及影響使用差異的因素是什么？本研究選題是關系營銷與技術使用擴散領域的結合，具有一定的前沿性，如果能取得預期成果，本研究不僅將會豐富關系營銷和技術使用擴散領域的理論研究成果，還有助于實施自助服務技術的企業(yè)更好的理解消費者自助服務技術的使用及其對關系質量的影響，并進而采用更為有效的自助服務技術戰(zhàn)略和相應的營銷策略提供指導。