Thiết kế chương trình khoang mỏng
Hợp kim titan lót khoang tường mỏng áp dụng thiết kế cấu trúc ba lớp sáng tạo: Lớp bên ngoài là 0. Bộ xương lót có mặt cắt hình đường băng và được cố định bởi 11 xương sườn cách đều nhau và thanh buộc ở hai bên trên và dưới để tạo thành một cấu trúc ổn định. Để ngăn chặn chuyển động theo chiều dọc của bộ xương, các vết lõm định vị với độ sâu 0. 7 mm được phân phối ở các khoảng bằng nhau trên đỉnh và dưới cùng của ống có thành mỏng.
Xem xét chi phí sản xuất và thời gian chu kỳ, bộ xương lót được in 3D bằng công nghệ tan chảy laser chọn lọc (SLM) và nguyên liệu thô là bột hợp kim TC4 titan với kích thước hạt là 20-63 μM. Công nghệ này không chỉ đảm bảo đúc chính xác của bộ xương, mà còn cải thiện hiệu quả sản xuất.
Để đánh giá các tính chất cơ học của cấu trúc bộ xương lớp lót, chúng tôi đã thực hiện phân tích mô phỏng cấu trúc tĩnh bằng phần mềm ANSYS Workbench. Bằng cách mô phỏng ứng suất và biến dạng của bộ xương với độ dày, chiều rộng và khoảng cách khác nhau dưới 0. Áp lực 1 MPa áp dụng cho bề mặt bên ngoài của ống có thành mỏng bằng thép không gỉ, chúng tôi đã đưa ra các kết luận sau:
Ảnh hưởng của độ dày và chiều rộng: Trong trường hợp khoảng cách nhất định, ứng suất của hợp kim thép không gỉ và Titan giảm khi tăng độ dày và chiều rộng. Khi độ dày đạt 4mm, ảnh hưởng của việc tiếp tục tăng chiều rộng trên ứng suất trở nên không đáng kể. Do đó, chúng tôi đã chọn một cấu trúc bộ xương lót với độ dày 4 mm và chiều rộng 11 mm.
Ảnh hưởng của khoảng cách: Trong trường hợp độ dày nhất định, với sự gia tăng khoảng cách, ứng suất của hợp kim thép không gỉ và titan và biến dạng của các hốc vách mỏng được tăng lên đáng kể. Xem xét biên độ an toàn ứng suất và biến dạng, chúng tôi đã xác định 15mm là khoảng cách tối ưu.
Cấu trúc tấm mỏng và dây tóc: Để giảm thêm biến dạng và cải thiện độ ổn định cấu trúc, chúng tôi đã thêm cấu trúc tấm mỏng và dây tóc ở bề mặt trên và dưới của bộ xương. Kết quả mô phỏng cho thấy cấu trúc tấm mỏng tốt hơn cấu trúc dây tóc trong việc giảm biến dạng và 0. Độ dày 5mm của cấu trúc tấm mỏng đạt được sự cân bằng tối ưu giữa trọng lượng nhẹ và độ khó in.
Phân tích khớp nối cấu trúc nhiệt
Xem xét rằng hợp kim titan xếp các hốc thành mỏng cần phải chịu được độ nướng nhiệt độ cao nội tuyến ở mức 25 0 để có được mức độ chân không mục tiêu, chúng tôi đã tiến hành phân tích mô phỏng khớp nối cấu trúc nhiệt. Kết quả cho thấy dưới hiệu ứng kết hợp của chiết xuất 250 độ và chân không, biến dạng tối đa của khoang vách mỏng ở một bên là 1,65 mm, cao hơn khoảng 0,29 mm so với điều kiện nhiệt độ phòng; Ứng suất bằng thép không gỉ là 135 MPa, thấp hơn nhiều so với giới hạn cường độ năng suất và đáp ứng yêu cầu sức mạnh.
Thử nghiệm biến dạng khoang mỏng
Để xác minh độ chính xác của kết quả mô phỏng, chúng tôi đã thực hiện thử nghiệm biến dạng của khoang vách mỏng. Theo chân không, dữ liệu biến dạng của khoang tường mỏng được theo dõi và ghi lại trong thời gian thực bằng cách sử dụng thiết bị đo độ chính xác cao. Kết quả thử nghiệm cho thấy biến dạng thực tế phù hợp với kết quả mô phỏng, xác minh độ tin cậy của mô hình mô phỏng. Trong khi đó, chúng tôi cũng mô phỏng biến dạng trong điều kiện nướng nhiệt độ cao để xác nhận thêm sự ổn định của khoang trong môi trường nhiệt độ cao.
