以宏纤维复合材料(MFC)驱动柔性悬臂结构为研究对象, 着重开展其动态形状控制理论研究。基于有限单元法、均匀化理论和载荷比拟方法, 建立了压电驱动层合结构力-电耦合动力学方程, 并结合模态降阶法得到其状态空间形式控制模型。同时, 针对压电材料作动器迟滞蠕变非线性特征对控制精度影响严重的问题, 开展了依据实验数据的迟滞蠕变建模及其前馈逆补偿控制方法的研究,并构建了面向压电驱动柔性结构动态形状控制的迟滞-蠕变前馈补偿与自抗扰反馈控制相结合的复合控制系统。结果表明, 该复合控制法能够在保证系统稳定性的前提下有效提高系统动态形状控制精度。

采用激光3D打印技术制备了TC4合金试样,研究了固溶时效处理对激光3D打印TC4合金显微组织和力学性能的影响规律。结果表明:随着固溶温度升高,初生α相的粗化现象越发明显;随着固溶时间延长,α相转变为β相的数量增多;随着时效温度升高,残余β相中析出的次生α相的长宽均有所增加;随着时效时间延长,次生α相的体积分数有所增加;在时效处理过程中,初生α相中析出了次生网状β相,初生α相之间的β相中析出了次生α相,这两种次生相的析出会影响试样的性能。在950 ℃/1 h/WQ+550 ℃/4 h/AC固溶时效条件下处理后,钛合金的室温抗拉强度为990 MPa,屈服强度为920 MPa,伸长率为11.5%,断面收缩率为27.5%,达到了锻件的国标要求;沉积态和固溶时效态拉伸试样的断口上均布满了韧窝,均为塑性断裂。

采用激光三维(3D)打印技术制备了TC4厚壁件,利用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及电子万能试验机等研究了正火温度对激光3D打印TC4钛合金显微组织、相组成、室温拉伸性能的影响规律。结果表明:当在α-Ti相单相区内正火处理时,α-Ti相再结晶生长,长、宽均增加;组织主要由α-Ti相组成,含有少量(或微量)β-Ti相;合金的室温拉伸性能一般。当在α+β两相区内正火处理时,沉积态下的细长状初生α-Ti相由于β-Ti相析出而被截断,变成短棒状初生α-Ti相;β-Ti相不仅与次生α-Ti相共存于短棒状初生α-Ti相之间,还会在短棒状初生α-Ti相内部呈网状析出。经990 ℃/2 h/AC处理后,合金的室温抗拉强度为960 MPa,屈服强度为835 MPa,断后伸长率为17%,达到了锻件国标要求。拉伸试样断口上均布满韧窝,均为延性断裂。

将Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉和铌粉进行机械混合,然后采用激光增材制造工艺成功制备出γ-TiAl合金样品,研究了激光功率、扫描速率和送粉量对沉积成形的影响规律,分析了沉积层的显微组织、相组成、断口形貌及沉积层的硬度分布。研究结果表明:随着激光功率增大,沉积层宽和层高均增大;随着扫描速率增大,沉积层宽和层高均减小;随着送粉量增大,沉积层的宽度增大,沉积层的高度基本不变;最佳工艺参数下得到的沉积试样成形良好,无冶金缺陷存在,沉积层由大量γ相和少量α₂相组成;沿沉积试样Z方向的室温压缩屈服强度为905 MPa,抗压强度为1542 MPa,压缩率14.7%,抗拉强度为425 MPa,断后伸长率为3.3%;压缩试样和拉伸试样的断口均为准解理断口。