25、增材制造材料性能与优化算法研究

增材制造材料性能与优化算法研究

在增材制造领域，材料的机械性能受多种因素影响，同时优化算法也在结构设计中发挥着重要作用。本文将探讨增材制造中Ti6Al4V材料的构建方向对机械性能的影响，以及基于学习自动机的重力搜索算法在桁架优化设计中的应用。

增材制造中Ti6Al4V材料的研究

影响因素分析

• 柱状β晶粒 ：在粉末床熔融激光束熔化（PBF - LB/M）Ti6Al4V过程中，柱状β晶粒沿构建方向生长，这是由于外延生长导致的。不过，使用合适的扫描参数，如67°旋转扫描策略，可以减轻柱状β晶粒对机械性能的影响，而无需进行高于995°C的β转变温度的热处理。
• 孔隙 ：孔隙对机械性能的影响取决于其形态和大小。球形孔隙对机械性能的影响与构建方向无关，因为其形态使得在任何加载方向上都没有明显差异。而细长孔隙由于尖锐边缘和裂纹尖端会导致高应力集中区域，对机械性能的损害比球形孔隙大得多。因缺乏熔合产生的细长孔隙垂直于构建方向，这会导致水平（0°）和垂直（90°）方向的机械响应不同。

实验设计

• 样本制备 ：制备了两组拉伸试验样本（共14个，每个角度2个）和两组夏比试验样本。由于测试设备故障，丢弃了一个30°方向的拉伸试验样本。所有拉伸样本的表面粗糙度Ra加工至小于0.5μm，一组夏比样本进行了加工，另一组保留原始构建表面。所有样本在氩气气氛下于850°C进行两小时的后热处理，然后空冷。
• 材料与参数 ：材料由Sand