答辩博士：谢德巧
导 师：赵剑峰 教授
答辩委员会：
主席：康敏 教授/博导 南京农业大学
委员：谭业发 教授/博导 陆军工程大学
云乃彰 教授/博导 南京航空航天大学
刘志东 教授/博导 南京航空航天大学
赵剑峰 教授/博导 南京航空航天大学
田宗军 教授/博导 南京航空航天大学
沈理达 教授/硕导 南京航空航天大学
秘书：陆俊华 副教授 南京航空航天大学
答辩时间：2019年9月28日09:00
答辩地点：南航明故宫校区4#308
金属激光增材制造技术凭借无模成形、快速制造、制件性能优异等优势，成为金属零件直接制造的重要手段，已在航空航天、医疗、工业、汽车等领域获得一定的应用。然而，成形件内部所产生的残余应力和零件的翘曲变形将严重影响零件的力学性能和尺寸精度。目前，金属增材制造零件的变形规律比较复杂，不同结构的变形有较大差异，难以形成有效的规律总结。为此，本文提出“约束力致变形”这一机理，构建了以虚拟的约束力作用在基体之上使之变形的物理模型，并推导出了约束力的计算公式，解释了金属激光增材制造零件变形的诸多规律，为金属增材制造零件变形由定性升级为定量研究提供了一个全新的思路。本文的主要研究内容如下：
（1）基于热应力理论，提出“约束力致变形”这一理论，构建了约束力作用于基体之上的物理模型。建立了结构静力学有限元模型，并利用热弹塑性有限元模型以及试验与之比对。通过结构变形形式、应力分布以及变形量的变化三个方面进行对比，验证了约束力致变形机理的合理性。
（2）在此基础上，进一步对约束力的计算公式进行推导。该公式表明，材料性质、工艺参数以及结构特征均是造成约束力大小发生变化的原因，实现了材料、工艺、结构对变形影响的统一认识。
（3）从约束力大小的角度，研究了材料性质、工艺参数等对约束力的影响，及其对变形的影响规律。从约束力作用方向的角度，探究了工艺方法对约束力、及其对零件变形的影响。
（4）从结构特征的角度，研究了矩形块体的增材制造变形演化行为，以及悬垂结构、桥型结构、悬臂梁结构的变形规律。
主要创新点如下：
（1）首次提出“约束力致变形”机理，构建了约束力致基体变形的物理模型，解释了金属增材制造零件变形行为。此外，实现了残余应力与零件变形的统一认识，二者皆可视为约束力导致的结果。
（2）推导了面向金属激光增材制造的约束力的计算公式，并揭示了材料性质、工艺参数、结构特征对变形的定量的影响机制。
（3）基于约束力致变形机理，从约束力大小、作用方向以及结构特征的角度，系统地研究工艺参数、材料性质、结构特征等对金属增材制造零件变形的影响。
