轻质多孔微结构材料以其优异的性能,在工程中应用广泛。多孔材料的性能可通过设计其微结构几何构型来实现。首先通过均匀化方法,建立周期多孔材料的宏观性能与其微结构几何构型之间的关系;然后,针对双向渐进结构优化方法(Bidirectional Evolutionary Structural Optimization,BESO)中结构边界不够光滑的问题,采用形函数插值技术对边界单元进行细化处理,改进BESO方法;最后,基于改进的BESO方法,以材料体积模量和剪切模量最大化为目标,对多孔材料周期微结构进行拓扑优化设计,得到体积模量及剪切模量最大化的多孔材料微结构构型。

高压断路器内一般充满较高压力的SF6气体,其壳体是主要的承压及密封部件。壳体结构设计合理不仅可使高压断路器整体安全稳定运行,同时可降低制造成本。以某高电压等级断路器用壳体为研究对象,针对其结构特点及使用特性,利用ANSYS Workbench平台建立高压断路器壳体的有限元模型,依据实际工况,对其等效应力分布情况进行分析,研究其优缺点。根据研究结果,对新结构壳体提出鞍形内圆翻边的优化改进方案,使得新结构壳体在满足壳体强度要求的同时,应力分布更加均匀,壳体的质量显著减小。按照国家标准对断路器壳体进行水压破坏试验,验证了该方案的正确性和合理性。研究结果对壳体均匀化、轻量化设计具有一定的指导意义。

针对采用数字化柔性挤压成形工艺所制备铸造用砂型预制体的紧实度分布不均匀,从而影响其整体性能的问题,开展了柔性挤压成形砂型紧实度均匀化方法研究。首先通过工艺试验研究了砂箱内挤压头高度对砂型紧实度分布的影响。在此基础上,针对所开发的砂型数字化柔性挤压成形设备,进行了挤压砂型紧实度均匀化方法研究。通过改进砂型柔性挤压工艺过程,从而达到提高柔性挤压成形砂型成形质量的效果,可为铸造用砂型数字化无模铸造精密成形提供高质量近净成形砂型预制体。

研究了电子探针在6063铝合金均匀化处理中的应用，6063铝合金试样经过不同的均匀化处理工艺后，通过电子探针对其第二相形态、数量以及分布状态进行观察，得到对应的二次电子图像（SEI）以及铁、硅、镁元素的面扫描照片，由于铁、硅的扩散程度较低，故主要通过观察均匀化处理前后镁元素的分布图和SEI形貌图，同时结合能谱仪（EDS）分析合金的微区化学成分及第二相粒子的化学成分，来判断其均匀化处理工艺的优劣。

采用光学显微镜（OM）、差示扫描量热分析（DSC）、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）等分析方法研究了Al-Mg-Si-Cu-Mn-Cr合金铸锭的均匀化退火工艺。试验结果表明，该合金铸态组织中存在大量的非平衡低熔点共晶相，其初始熔化温度为574℃；合金铸态组织相组成包括α—Al、Mg2Si、Al15（Fe，Mn，Cr）3Si2及少量含Cu相；随着均匀化退火温度的升高和保温时间的延长，低熔点共晶相逐渐溶入基体；该合金铸锭适宜的均匀化退火工艺制度为560℃（4h-6h）。