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通过定向能量沉积获得的打印 316L 不锈钢薄壁的拉伸和延性断裂性能
研究了通过定向能量沉积获得的打印 316L 不锈钢薄壁结构的机械性能。对从增材制造的方形管中获得的小样品进行现场拉伸和断裂试验，并以相对于部件构建方向的三个不同方向提取。尽管该工艺产生了强取向的微观结构，但与文献中常见的厚样品或抛光样品相比，打印样品表现出降低的各向异性。此外，使用一个简单的模型表明，通过仅考虑材料厚度变化模式（由层堆叠过程引起）可以解释降低的各向异性。使用经过调整的数字图像相关程序分析断裂试验，该程序根据实验计算的 J 积分评估样品的断裂韧性。使用时间反转，可以识别靠近裂纹路径区域的应变场。然后根据拉伸试验中确定的本构行为计算应力场。提出了一种正则化程序来强制应力平衡。最后，使用各种积分轮廓计算 J 积分，以验证其路径独立性。在此基础上，确定了近乎各向同性的断裂韧性。额外的扫描电子显微镜观察表明，断裂表面特征与样品方向无关。这种明显的各向同性可以通过驱动裂纹萌生和扩展的未熔合缺陷的各向同性分布来解释。
环氧模塑料关键性能对翘曲预测的影响：综述
在过去的几十年里，人们投入了大量的时间和精力来提高环氧模塑料 (EMC) 封装的半导体封装翘曲的可预测性。借助先进的计算力学技术和计算硬件，人们可以模拟几乎任何类型的封装。数值预测所需的热机械性能，包括热膨胀系数 (CTE)、玻璃化转变温度 (T g ) 以及随温度和时间变化的粘弹性能，通常通过热机械分析仪 (TMA) 和动态机械分析仪 (DMA) 等商用工具进行测量。此外，可以使用基于阴影莫尔条纹和数字图像相关 (DIC) 的商用工具轻松测量随温度变化的翘曲。尽管付出了巨大的努力，但准确的预测仍然是一项艰巨的任务。EMC 通常占据封装体积的很大一部分，因此在封装翘曲行为中起着重要作用。这篇评论文章研究了关键的 EMC 属性对翘曲行为的影响。基于文献中报告的数据和分析，本文讨论了导致预测仍然困难的三个潜在原因，并讨论了应采取哪些措施才能将预测能力达到所需水平。
激光定向能量沉积制备 TiNi 基双金属形状记忆合金
摘要：本研究采用激光定向能量沉积在 TiNi 形状记忆合金基体上构建富 Ti 三元 Ti-Ni-Cu 形状记忆合金，实现多功能双金属形状记忆合金结构的连接。采用经济高效的 Ti、Ni 和 Cu 元素粉末混合物作为原材料。采用各种材料表征方法来揭示两部分不同的材料特性。制备的 Ti-Ni-Cu 合金微观结构以 TiNi 相为基体，Ti 2 Ni 二次沉淀物。硬度没有显示出高值，表明主相不是硬质金属间化合物。通过拉伸试验获得了 569.1 MPa 的结合强度，数字图像相关揭示了两个部分不同的拉伸响应。使用差示扫描量热法测量相变温度。测得 Ti-Ni-Cu 合金截面的奥氏体终轧温度高于 80 ◦ C。对于 TiNi 基体，经测试，奥氏体终轧温度在底部接近 47 ◦ C，在上部基体区域约为 22 ◦ C，这是由于重复的激光扫描对基体起到了退火作用。最后，对两个形状记忆合金侧面的多重形状记忆效应进行了测试和识别。
电子中疲劳裂纹扩展行为的比较……
对电子束粉末床熔合 (PBF-EB) 和激光粉末床熔合 (PBF-LB) Inconel 718 的疲劳裂纹扩展行为进行了比较研究。PBF-EB Inconel 718 的裂纹遵循穿晶路径，扩展速度更快，而 PBF-LB 的裂纹遵循沿晶和穿晶路径的组合，其扩展速度较慢，与锻造对应物相当。PBF-EB Inconel 718 中的主疲劳裂纹在微观尺度上呈现锯齿状路径，由于加工硬化率非常低，裂纹表面附近有密集的滑移痕迹。基于裂纹尖端场的数字图像相关 (DIC) 分析，可以使用应变能密度标准成功预测 PBF-EB Inconel 718 中的疲劳裂纹锯齿路径，该标准规定裂纹扩展遵循从裂纹尖端到弹塑性边界的最小距离方向。对于 PBF-LB Inconel 718，主要的疲劳裂纹在低 Δ K 时是直的，但在中和高 Δ K 范围内发生严重偏转。初始晶间裂纹和主裂纹路径偏转之间存在明显的相关性。这表明，一旦裂纹尖端周围塑性区的累积损伤达到临界值，晶间裂纹就会形成疲劳裂纹的新前沿，导致主裂纹路径偏转。基于DIC的裂纹尖端场分析得出的弹塑性断裂力学参数rp和ΔCTOD可以定性预测PBF-LB Inconel 718的较低裂纹扩展速率。
使用带有可变形天花板的微设备来探测3D细胞骨料内的刚度异质性
摘要机械生物学领域的最新进展已导致开发了表征单细胞或单层机械性能并将其链接到其功能行为的方法。但是，仍然需要建立三维（3D）多细胞聚集体的联系，从而更好地模拟组织功能。在这里，我们提出了一个平台，以在一个可变形的微设备中启动并观察许多此类骨料。该平台由在3D打印的模具上铸造的单个聚二甲基硅氧烷片组成，并粘合到载玻片或盖玻片上。它由一个包含细胞球体的腔室组成，该腔室与流体独立的空气腔相邻。控制这些空气腔中的气压会导致房间天花板的垂直位移。该设备可以在秒钟到小时的时间尺度上以静态或动态模式使用，并且位移幅度从几µm到几十万微米。此外，我们通过比较不同级别的压缩级别的球体的图像相关性与有限元仿真来展示如何使用压缩方案来获得单个共培养球体内刚度异质性的测量。将细胞的标记及其细胞骨架与图像相关方法结合使用，以将共培养球体的结构与其在不同位置的机械性能相关联。该设备与各种显微镜技术兼容，包括共聚焦显微镜，可用于观察聚集体内单细胞和邻域的位移和重排。现在可以使用完整的实验和成像平台来提供多尺度的测量，这些测量将单细胞行为与聚集体的全局机械响应联系起来。
Lagrangian操作员推断通过结构增强...
复杂的机械系统通常由于能量耗散机制，材料本构关系或几何/连通性机制中存在非线性而表现出强烈的非线性行为。这些系统的数值建模导致具有潜在拉格朗日结构的非线性全阶模型。这项工作提出了一种通过结构化的机器学习来增强Lagrangian运算符推理方法，以学习非线性机械系统的非线性降低阶模型（ROM）。这种两步方法首先通过拉格朗日操作员推断学习了最合适的线性拉格朗日ROM，然后提出了一种具有结构的机器学习方法，以学习减少空间中的非线性。所提出的方法可以完全从数据中学习具有结构性的非线性ROM，这与现有的操作员推理方法需要了解非线性术语的数学形式。从机器学习的角度来看，它通过提供知情的先验（即线性Lagrangian ROM结构）来加速培训结构的神经网络，并通过在减少空间上运行来降低网络培训的计算成本。该方法首先在两个模拟示例中证明：保守的非线性棒模型和具有非线性内部阻尼的二维非线性膜。最后，该方法在实验数据集中证明了该方法，该数据集由从圈接头束结构中获得的数字图像相关测量值组成，从中可以从中获得预测模型，该模型可以准确地捕获幅度依赖性频率和阻尼特性。数值结果表明，所提出的方法产生可概括的非线性ROM，这些ROM表现出有界的能量误差，可靠地捕获非线性特征，并在训练数据制度之外提供准确的长期预测。
半自动测量胎儿心脏病（CHD）的胎儿心脏轴的胎儿智能导航超声心动图（Fine）
摘要：先天性心脏病（CHD）是最常见的特定器官出生缺陷之一，也是婴儿发病率和死亡率的主要原因。尽管超声筛查指南，但CHD的检测率有限。已引入胎儿智能导航超声心动图（Fine），以从心脏时空图像相关（STIC）体积数据集中提取参考平面和心脏轴。这项研究分析了受CHD/胸腔肿块影响的胎儿（n = 545）的心脏轴（n = 545），而健康的胎儿（n = 1543）（n = 1543）。在标记了七个解剖结构后，精细的软件在半自动上产生了九个超声心动图标准平面并计算了心脏轴。我们的研究表明，根据CHD的类型，心脏轴各不相同。在我们的病理病例的大约86％（542卷中的471卷）中，可以检测到异常心脏轴（正常中位= 40–45°）。在HLHS，肺动脉闭壁，TOF（p -value <0.0001），raa，situs ambiguus（p -Value = 0.0001-0.001）和缺失的肺谷综合体，dorvalsecies（p）中，在HLHS，肺动脉闭合，TOF（P -Value <0.0001）中检测到正常心脏与CHD之间的显着差异。 这种分析证实了在冠心病的胎儿中，心脏轴可以显着偏离正常范围。 罚款似乎是识别心脏缺陷的宝贵工具。在HLHS，肺动脉闭合，TOF（P -Value <0.0001）中检测到正常心脏与CHD之间的显着差异。这种分析证实了在冠心病的胎儿中，心脏轴可以显着偏离正常范围。罚款似乎是识别心脏缺陷的宝贵工具。
Naresh Thadhani：2020 年 12 月 2 日
X 射线相衬成像 (X-PCI) 与先进光子源 (APS) 的动态加载平台相结合，用于提供通过增材制造 (AM) 制备的高固体负载聚合物复合材料的时间和空间分辨的冲击压缩响应。增材制造（3D 打印）提供的几何灵活性和多功能性开辟了控制材料性能并通过结构设计在功能上定制材料以适应特定应用的新途径。增材制造的材料可以具有广泛的结构特性，具有长度尺度的层次和工艺固有的异质性，例如不均匀的成分分布、界面、孔隙和裂纹。其中许多特征难以精确控制或避免。因此，了解微观和中观尺度结构属性和异质性如何影响受到冲击压缩载荷的聚合物复合材料的性能非常重要。我们分析了在 AFRL-Eglin 制造的增材制造聚合物复合材料（74vol% 颗粒在紫外线引发的甲基丙烯酸酯粘合剂中）的冲击压缩响应。单轴应变板撞击实验以不同的速度进行，撞击沿相对于打印图案的不同方向进行。时间分辨 X 射线相位对比成像 (X-PCI) 用作材料诊断的内部。通过以 ~154 纳秒时间分辨率和 2.45 微米空间分辨率的 X-PCI 跟踪观察到的冲击前沿的特征，我们能够确定冲击速度与粒子速度的状态方程 (EOS)。体积平均粒子速度也是从光多普勒速度 (PDV) 干涉测量捕获的表面运动中获得的，这表明与从 X-PCI 图像获得的粒子速度几乎一一相关。沿不同冲击方向的冲击压缩响应显示出线性冲击和粒子速度关系，没有明显的方向依赖性，这可能是由于实验中使用的 2 x 3 x 6 毫米样品的整体尺度上定向孔隙率可以忽略不计。样品中的内部变形场也通过对 X-PCI 图像进行数字图像相关 (DIC) 分析进行量化，从而首次评估了冲击压缩载荷下聚合物复合材料内部的平均应变场。总体结果证明了 X 射线 PCI 在探测与异质材料冲击压缩相关的“材料内”状态方程和内部应变方面的实用性和有效性。
先进技术实验室
能力和设备 • 自动化制造 • 适用于热固性、热塑性、CMC 和干纤维材料系统的自动纤维铺放 (AFP) 和自动带铺设 (ATL)。 • 电冲击系统 1（带激光的 ¼” 和 ½” AFP | 6”、9” 和 12” ATL）– 36' X 轴和 15,000 磅旋转器 • 电冲击系统 2（带可变光斑尺寸激光器的 ¼” 和 ½” AFP）– 72' X 轴、30,000 磅旋转器和双轴旋转器 • 科里奥利系统（¼” AFP）– 26' X 轴 • Mikrosam 双机器人系统（¼” AFP 和 2” ATL）用于免工具制造 – 30' X 轴和纤维缠绕 • 适用于热塑性材料的激光和 Humm3 加热选项 • 用于 AFP 的集成 6 x 20 英尺真空工作台和旋转器 • 带有在线激光检测系统的 Mikrosam 分切复卷机 • 光纤贴片放置 (FPP) –复杂复合材料部件 • KraussMaffei 450 吨旋压成型机，配备双 1400 注射单元和旋转转盘 • 集成聚氨酯 ColorForm 和高压计量系统 • 集成 FiberForm IR 烤箱 • ENGEL V-DUO 1900 美国吨工业压力机，具备热塑性能力 • 集成机器人、(IR) 烤箱、注塑单元和 HP-RTM 系统 • Electroimpact 可扩展机器人增材制造 (SCRAM) • 增材（聚合物和金属）、减材和热塑性 AFP • 5' 直径。垂直旋转器和 5,000 磅水平旋转器（7 英尺直径和 16 英尺构建体积）• 6.5 英尺 x 13 英尺加热构建台和 27 英尺 X 轴 • 带有闭环控制和过程检查的自动热塑性焊接 • 感应、电阻和超声波焊接 • 高压釜 • 13 x 26 英尺，800 华氏度/200 psi 能力 • 集成无线温度传感器和流变仪用于材料状态监控 [可使用 3 x 6 英尺和 6 x 12 英尺 NIAR 高压釜] • 高保真检查 • 双管双探测器 NSI X7000 X 射线 CT 系统 • 微焦点（分辨率高达 5µm）和小焦点 X 射线管；X 射线能量从 10kV 到 450Kv；平板探测器和线性二极管阵列检测技术 • 带负载夹具、引伸计和 DIC 的现场 XCT 扫描 • 能够扫描直径达 60 英寸 x 高 60 英寸的标称扫描范围的大型部件 • ZEISS Xradia 520 Versa 亚微米 3D X 射线 CT 系统 • 160kV 高能微焦点 X 射线源和分期 • 超声波 (MAUS)：脉冲回波测试、MIA 测试、共振测试、音高捕捉、相控阵 • 脉冲热成像 • 剪切干涉 • 声发射（16 通道系统） • GOM 和 Vic 3D 数字图像相关系统（微观 5MP 至 29 MP）