[发明专利]一种功能梯度材料成分梯度路径优化设计方法

权利要求书

1.一种功能梯度材料成分梯度路径优化设计方法，其特征在于，按照下述步骤进行：

步骤1，根据测试或者观察或者分析，确定有害相的分布范围；

步骤2，在保证整个梯度分布路径不出现阶跃成分点，且过渡段长度保持不变的前提下，对有害相组分段的梯度路径函数进行优化，以得到针对不同段路径的梯度分布函数；

步骤3，根据步骤2得到的不同段路径的梯度分布函数，控制功能梯度材料制备中各个组分的相对速度，以实现降低有害相的聚集度的目的。

2.根据权利要求1所述的一种功能梯度材料成分梯度路径优化设计方法，其特征在于，在制备梯度横向过渡的FGM过程中，通过控制双丝的相对丝速变化曲线，进而得到梯度分布函数，使其进行线性变化，实现成分0-100％的梯度过渡。

3.根据权利要求2所述的一种功能梯度材料成分梯度路径优化设计方法，其特征在于，梯度分布函数表示为式(1)，过渡段长度为L，则x表示成分点到另一侧的相对距离，则f(0)＝0、f(L)＝1，即可表示过渡段的成分由0-100％梯度过渡；

F(x)＝f(x) 0≤x≤L (1)。

设有害相分布在x₀位置周围，即有害相组分段，确定有害相组分段为f(x₁)＝a至f(x₂)＝b成分区域段，其中x₁＜x₀＜x₂、0＜a＜b＜1，对该有害相组分段的梯度路径函数进行优化，在保证整个梯度分布路径不出现阶跃成分点前提下，且过渡段长度为L保持不变，对a-b路径段进行曲线拟合，并且0-x₁、x₂-1段路径的梯度分布函数也会相应出现变化；优化后梯度分布函数表示为G(x)，表示如式(2)；

根据式(3)求得g₁(x)、g₃(x)函数表达式，g₂(x)路段需要进行曲线拟合，拟合原则为保证各分段函数连续可导，拟合约束条件为式(4)。

4.根据权利要求1—3之一所述的一种功能梯度材料成分梯度路径优化设计方法，其特征在于，采用双丝WAAM系统制备梯度横向过渡的FGM。

5.利用如权利要求1—3之一所述的一种功能梯度材料成分梯度路径优化设计方法制备的梯度横向过渡FGM。

6.根据权利要求5所述的梯度横向过渡FGM，其特征在于，降低有害相的聚集度，使其分布更加疏散，减少由于有害相聚集而引起的应力集中，从而提高了FGM的性能，延长构件使用寿命。