本發(fā)明涉及鋼結(jié)構(gòu)和增材制造評估，是一種3d打印高強圓鋼管短柱局部幾何缺陷測量及評估方法。

背景技術(shù)：

1、隨著鋼結(jié)構(gòu)領域的發(fā)展，3d打印高強鋼將會以其獨特的優(yōu)勢受到越來越多的設計師們青睞，在增材制造工藝中，waam具有較高的沉積速率、較低的設備和原料成本，且對工作場所和成形尺寸的限制較小，適用于建筑工程領域大型金屬構(gòu)件的制造，為智能建造提供一種有效途徑。

2、圓管短柱一般是指長細比不大于8的圓管構(gòu)件，在實際工程中主要承受軸壓的作用，其破壞形式往往是局部屈曲。3d打印的圓管短柱因工藝原因具有不規(guī)整的幾何形貌，因此對其進行幾何分析是有必要的。

3、短柱構(gòu)件的局部幾何缺陷對其軸壓下的失效模式影響尤為顯著，以往對waam短柱取若干條縱向線，這種方法容易忽略未取到縱向線的最大偏差情況。因此需要提出一種新的針對3d打印圓管短柱局部幾何缺陷的評估方法。

4、3d激光掃描精度較高，但是對于尺寸較小或高寬比較大的圓管構(gòu)件，內(nèi)表面存在掃描盲區(qū)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種3d打印高強圓鋼管短柱局部幾何缺陷測量及評估方法，并解決3d打印高強鋼圓管短柱內(nèi)表面無法被掃描到的問題。

2、本發(fā)明提供了一種3d打印高強圓鋼管短柱局部幾何缺陷測量及評估方法，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

3、一種3d打印高強圓鋼管短柱局部幾何缺陷測量及評估方法，包括以下步驟：

4、步驟1：對3d打印高強鋼圓管短柱進行復制，得到精細化覆膜樣品；

5、步驟2：對精細化覆膜樣品進行幾何掃描和結(jié)果驗證；

6、步驟3：將掃描得到的圓管短柱和精細化覆膜樣品進行三維分析，確定點云數(shù)據(jù)；

7、步驟4：處理步驟三得到的點云數(shù)據(jù)，進而計算局部幾何缺陷；

8、步驟5：對局部幾何缺陷進行評價，優(yōu)化工藝直至滿足。

9、優(yōu)選地，所述步驟1具體為：

10、制作硅膠材料1:1的3d打印高強鋼圓管短柱的模具，填充樹脂倒模材料，待樹脂固化后，將圓管短柱復制品取出并切開得到3d打印高強鋼圓管短柱的樹脂復制品，復制品即為3d打印高強鋼圓管短柱的精細化覆膜樣品。

11、優(yōu)選地，所述步驟2具體為：

12、通過三維掃描儀捕捉3d打印高強鋼圓管短柱的精細化覆膜樣品的外表面和部分內(nèi)表面幾何特征，并捕捉切開的3d打印高強鋼圓管短柱的精細化覆膜樣品的幾何特征，使用電子天平測量圓管短柱復制品的質(zhì)量，使用三維模型處理軟件測量圓管短柱的體積，采用阿基米德原理驗證三維掃描方法的精度。

13、優(yōu)選地，所述步驟3具體為：

14、將精細化覆膜樣品兩半進行拼合，每隔0.2mm取一個基準面，計算基準面與復制體的交線得到輪廓線，將輪廓線導入生成點云數(shù)據(jù)，再進行各個截面典型的幾何參數(shù)的計算得到3d打印高強鋼圓管短柱的幾何特征。

15、優(yōu)選地，計算每個截面的質(zhì)心偏差ex、ey、長度b、寬度h、周長c、截面積a，進而判斷試件因打印技術(shù)引起的幾何不平整。

16、優(yōu)選地，所述步驟4具體為：

17、步驟4.1：先計算截面層面的局部幾何缺陷，利用曲線擬合方法分別擬合出各個截面的內(nèi)外表面圓曲線方程，計算各個點云數(shù)據(jù)與擬合線之間的徑向偏差δρ，使用相鄰平均法進行平滑處理以消除因打印工藝引起的無需考慮的最大偏差情況，截面層面的局部幾何缺陷ωc為內(nèi)外表面偏差中絕對值的最大值；

18、步驟4.2：計算表面層面的局部幾何缺陷，利用origin曲面擬合方法擬合出點云的圓柱面方程，計算各個點云數(shù)據(jù)與擬合曲面之間的徑向偏差δρ，

19、使用相鄰平均法進行平滑處理以消除因打印工藝引起的無需考慮的最大偏差情況，表面層面的局部幾何缺陷ωp為內(nèi)外表面偏差中絕對值的最大值；

20、步驟4.3：取上述兩種缺陷值ωc、ωp的最大值作為3d打印高強鋼圓管短柱的局部幾何缺陷ω0。

21、優(yōu)選地，所述步驟5具體為：

22、對獲取的初始局部幾何缺陷幅值進行評價，與歐洲鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范中的限制值b/100進行比較，當滿足規(guī)范限值，則進行后續(xù)軸壓試驗；當不滿足限值，需要調(diào)整優(yōu)化工藝直至滿足。

23、一種3d打印高強鋼圓管短柱幾何測量及局部缺陷評估系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

24、精細化覆膜樣品制備模塊，所述精細化覆膜樣品制備模塊對3d打印高強鋼圓管短柱進行復制，得到精細化覆膜樣品；

25、幾何掃描模塊，所述幾何掃描模塊對精細化覆膜樣品進行幾何掃描和結(jié)果驗證；

26、分析模塊，所述分析模塊將掃描得到的圓管短柱精細化覆膜樣品進行三維分析，確定精細化覆膜樣品的點云數(shù)據(jù)；

27、幾何缺陷計算模塊，所述幾何缺陷計算模塊處理步驟三得到的點云數(shù)據(jù)，進而計算局部幾何缺陷；

28、評價模塊，所述評價模塊對獲取的局部幾何缺陷進行評價，調(diào)整優(yōu)化工藝直至滿足。

29、一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，該程序被處理器執(zhí)行，以用于實現(xiàn)一種3d打印高強圓鋼管短柱局部幾何缺陷測量及評估方法。

30、一種計算機設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)一種3d打印高強圓鋼管短柱局部幾何缺陷測量及評估方法。

31、本發(fā)明具有以下有益效果：

32、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比：

33、本發(fā)明提出一種3d打印高強圓鋼管短柱局部幾何缺陷測量及評估方法。本發(fā)明的第一步解決了圓管短柱內(nèi)表面存在掃描盲區(qū)的問題。通過制作橡膠復制品，并切開復制品，根據(jù)能掃描到的部分來驗證橡膠復制品的精度，同時利用質(zhì)量密度法驗證3d掃描的精度，保證了該方法的正確性。

34、本發(fā)明的第三步充分考慮了截面的幾何參數(shù)來表征圓管截面的變異性質(zhì)，進而說明了3d打印高強鋼圓管短柱的幾何不平整。

35、本發(fā)明的第四步驟提出了一種評估該類試件局部幾何缺陷的方法，與以往的技術(shù)相比，該方法考慮更加全面。

36、本發(fā)明經(jīng)過對3d打印高強鋼圓管短柱的幾何特性、局部幾何缺陷的評估，為該類構(gòu)件的設計提供了基礎，且該方法可拓寬到其他管式構(gòu)件中，也可用于其他工藝制造的構(gòu)件。

技術(shù)特征：

1.一種3d打印高強圓鋼管短柱局部幾何缺陷測量及評估方法，其特征是：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是：所述步驟1具體為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是：所述步驟2具體為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是：所述步驟3具體為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征是：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征是：所述步驟4具體為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是：所述步驟5具體為：

8.一種3d打印高強圓鋼管短柱局部幾何缺陷測量及評估系統(tǒng)，其特征是：所述系統(tǒng)包括：

9.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，其特征在于，該程序被處理器執(zhí)行，以用于實現(xiàn)如權(quán)利要求1–7的方法。

10.一種計算機設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其特征是：所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)權(quán)利要求1–7的方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明是一種3D打印高強圓鋼管短柱局部幾何缺陷測量及評估方法。本發(fā)明涉及鋼結(jié)構(gòu)和增材制造評估技術(shù)領域，本發(fā)明對3D打印高強鋼圓管短柱進行復制，得到精細化覆膜樣品；對精細化覆膜樣品進行幾何掃描和結(jié)果驗證；將掃描得到的圓管短柱精細化覆膜樣品進行三維分析，確定精細化覆膜樣品的點云數(shù)據(jù)；處理得到的點云數(shù)據(jù)，進而計算局部幾何缺陷；對獲取的局部幾何缺陷進行評價，調(diào)整優(yōu)化工藝直至滿足。本發(fā)明解決了圓管短柱內(nèi)表面存在掃描盲區(qū)的問題。通過制作橡膠復制品，并切開復制品，根據(jù)能掃描到的部分來驗證橡膠復制品的精度，同時利用質(zhì)量密度法驗證3D掃描的精度，保證了該方法的正確性。

技術(shù)研發(fā)人員：蘇安第,王玉銀,李韌,楊華,耿悅,劉昌永,劉發(fā)起,張歡
受保護的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14