应用CFD的多材料混合螺杆结构参数化设计与优化

作者：王龙; 王世杰; 马硕; 韩晓伟; 张静; 段国林^*

来源：机械科学与技术, 2023, 1-12.

DOI：10.13433/j.cnki.1003-8728.20230264

• 微流挤出
• 混料效能
• 响应面法
• 多目标遗传算法
• 结构优化

目前利用微流挤出工艺打印功能梯度材料常出现出口材料转变延迟现象，导致较长的打印时间才能实现材料过渡。为提高三维打印浆料的混料效能、缩短打印时间，使浆料稳定均匀挤出的同时保证打印成形质量。提出了响应面模型仿真实验策略，结合空间填充设计与Kriging插值算法构建螺杆结构优化的代理模型。选取螺杆直径、螺棱宽度、螺杆内径、螺距5个结构参数作为设计变量，螺杆表面与料腔壁面作用浆料的面积加权平均剪应力最大作为优化目标。利用筛选优化算法与多目标优化遗传算法实现了混合结构参数优化，得到了优化参数解集，最后将得到的参数组合进行模拟分析与打印实验。结果表明新结构能够有效提高混合效率、增强混合效果、增大单位时间内组分浓度变化速率，证明了优化方法的有效性与正确性，适用于微流挤出打印的工艺改进。

• 单位
  河北工业大学; 航天学院; 天津中德应用技术大学