一、背景与意义
增材制造技术使得复杂结构的设计和制造成为可能，在航空航天领域应用潜力巨大。
同一构件，可有多种设计构型，由此带来应力状态及服役寿命的差异性。
大赛开展结构的优化设计、制造和疲劳寿命考核，以便更好的认识结构与寿命的关系，为增材制造结构的工程化应用提供数据参考。
二、比赛规则
1. 总要求
对指定支架结构进行优化设计，制造和疲劳寿命考核。设计结构应具备原结构承受竖直方向拉伸载荷的特性，在实现减重的同时获得高的拉拉疲劳寿命。
支架结构底座和竖板上有若干贯通孔，使用时通过螺栓与其他部件连接，承受竖直方向拉应力。
2. 材料与工艺
1) 材料：TC4合金（Ti6Al4V）
2) 化学成分：依据GB/T 3620.1-2016《钛及钛合金牌号和化学成分》
3) 成形工艺：激光选区熔化，设备型号不限
TC4合金化学成分（wt%）
合金元素 |
杂质 不大于 |
||||||||
Al |
V |
Ti |
Fe |
C |
N |
H |
O |
其他元素 |
|
单个 |
总和 |
||||||||
5.5~6.75 |
3.5~4.5 |
余量 |
0.3 |
0.08 |
0.05 |
0.015 |
0.2 |
0.1 |
0.4 |
3. 支架结构原设计件
支架结构原设计件三维图
4. 优化设计规定
保持原结构承受竖直方向拉伸载荷的特性；
满足右图所示红色标注部位的尺寸要求；
未经红色标注的部位均属于重新设计优化范畴，不限形状和尺寸，允许向原始结构外部拓展；
竖板中间梯形槽区域形状不限，尺寸不小于原梯形槽的空间尺寸，内部不得填充其他结构。
支架结构原设计件尺寸
优化设计的结构需适应右图所示疲劳试验夹具的形状及尺寸；
底座四孔设计时应考虑预留固定螺栓的扳手活动空间，以便疲劳试验前的试件装夹。
疲劳试验夹具
5. 评判方法
1、化学成分
对全部参赛作品采用手持式成分分析仪进行定性分析，作品应符合TC4合金成分要求。不符合TC4合金成分要求的，取消比赛资格。
在参赛获奖作品上取样，采用氧氮氢分析仪按标准试验方法进行O、N、H成分定量分析，不符合材料标准要求的，取消获奖资格。因取消获奖资格而产生的空缺名额依次增补。
2、减重（权重系数：0.6）
所有参赛作品采用电子秤进行称重（精确到0.1g），依照重量从小到大排序。最轻作品计100分，以其重量为基准，其他作品每增重1%，减1分，得分精确到小数点后两位。
3、疲劳测试（权重系数：0.4）
基于右图装配方式对参赛作品进行轴向加载室温疲劳试验，评估其疲劳寿命。
试验机：液压伺服疲劳试验机
试验条件：室温；应力比R=0.1
加载方式：正弦波；频率f：~15Hz；初始载荷F：50kN，每循环10000周次，增加10kN（暂定，根据模拟试验结果调整），直至失效；最长试验周次N：1×105周（即：试验至该周次时若作品不破坏，停止试验，疲劳寿命记作＞1×105周）。
失效判据：作品某部位发生断裂，即：作品某个相对独立的截面发生完全断裂。
评分规则：记录失效循环周次，按失效周次从大到小排序。最大周次作品计100分，以其周次为基准，每降低1%周次，减1分，得分精确到小数点后两位。
疲劳试验装配图
6. 作品交付状态
1、 热处理规定
按照TC4合金标准热处理制度进行处理。
2、 机械加工规定
1） 作品应去除全部支撑。
2）对所有孔内表面以及底座底面进行机械加工，满足前图红色标注尺寸要求。所有加工表面粗糙度不低于Ra1.6μm；
3）不允许对设计区域非支撑表面进行机械加工，不允许对设计区域进行表面强化处理，但允许进行表面吹砂。