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《航空制造技术》论文模板
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2022年 第65卷 14期
刊出日期：2022-07-15
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专题
本期封面
本期电子刊
 
       本期封面
1 本期封面
2022 Vol. 65 (14): 1-1 [摘要] ( 40 ) HTMLNew PDF (2501 KB)  ( 54 )
       本期电子刊
1 本期电子刊
2022 Vol. 65 (14): 1-123 [摘要] ( 53 ) HTMLNew PDF (19299 KB)  ( 170 )
       本期目录
6 本期目录
2022 Vol. 65 (14): 6-10 [摘要] ( 46 ) HTMLNew PDF (362 KB)  ( 20 )
       专稿
14 拓扑优化与增材制造技术的融合及其在民用飞行器设计中的应用
谷小军，李城彬，王文龙，周璐，朱继宏，张卫红
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2022.14.014
拓扑优化与增材制造为实现轻质高性能复杂结构提供了全新研制模式。回顾了作者团队近年来围绕拓扑优化与增材制造技术融合研究的相关内容，包括考虑增材制造悬空角、连通性工艺约束的拓扑优化设计方法研究，非均匀点阵结构优化设计方法研究等。以典型民用飞行器结构舱门摇臂及铰链臂结构设计为例，介绍了拓扑优化与增材制造融合技术的工程应用情况。在满足设计指标的前提下，舱门摇臂与铰链臂结构分别减重10%、30%。拓扑优化方法与增材制造技术的融合在航空航天等领域优势明显，但目前以传统的静刚度、静强度等常规承载性能设计为主，工程应用主要集中在功能件和次承力件，未来需要在抗疲劳设计等研究领域进行突破。
2022 Vol. 65 (14): 14-20 [摘要] ( 170 ) HTMLNew PDF (15949 KB)  ( 132 )
       封面文章
22 面向航空航天的增材制造超材料的研究现状及发展趋势
宋波，张磊，王晓波，范军翔，魏帅帅，张志，李敬洋，祁俊峰，史玉升
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2022.14.022
增材制造（Additive manufacturing，AM）由于分层制造特性，是实现复杂化、整体化、个性化高性能构件成形的有效手段，使设计由面向工艺转变为面向性能，提升了设计自由度，在航空航天等领域存在较大的应用空间。为满足高端装备对构件多性能的要求，结构设计从轻量化拓扑优化设计发展到多物理场耦合的功能结构设计和基于环境激励响应的智能结构设计。其中，多物理场耦合功能超材料的设计与增材制造是当前发展的重要方向。超材料是一种通过宏微跨尺度结构设计展现特殊力学、声学、热学或电磁特性的工程材料。从力学超材料、功能超材料和智能超材料构件等方面阐述了近期航空航天结构设计与增材制造领域的研究进展，对结构创新设计与增材制造的发展趋势进行了总结与展望，并描绘了广阔的应用前景。
2022 Vol. 65 (14): 22-33 [摘要] ( 263 ) HTMLNew PDF (41760 KB)  ( 295 )
       论坛
36 增材制造三维点阵结构设计、优化与性能表征方法研究进展
段晟昱，王潘丁，刘畅，赵则昂，周浩，张啸雨，雷红帅，郭旭，方岱宁
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2022.14.036
增材制造技术与三维点阵结构技术是航空航天装备结构实现轻量化与多功能化的重要途径。针对增材制 造三维点阵结构及其设计方法进行概述，重点介绍了增材制造三维点阵结构工程应用、轻质多功能三维点阵结构构型设计方法、三维点阵结构多尺度计算方法与拓扑优化方法、增材制造三维点阵结构性能评价表征方法等方面的研究现状与进展，对增材制造三维点阵结构在材料 – 结构 – 功能一体化设计方面的发展趋势进行了展望。
2022 Vol. 65 (14): 36-48/57 [摘要] ( 220 ) HTMLNew PDF (45986 KB)  ( 123 )
49 激光选区熔化增材制造低压降过滤器：设计、制造与仿真分析
王迪，冯永伟，叶光照，杨永强，李阳，NEIL Burns，王家淳，韩昌骏
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2022.14.049
分析了激光选区熔化（SLM）技术对制造低阻力、低能耗、高过滤性能过滤器的优势。探索了基于 SLM 工艺梯度多孔结构过滤器的设计方法，并以此设计规则设计了 cross、star 和 vintiles 3 种不同单元体下不同孔隙率（60%、70%、80% 和 90%）的过滤器。通过 XFlow 软件对过滤器进行压降 - 流量模拟仿真分析，同时分析了 SLM 制造过滤器的成形效果，最后进行压降测试并讨论流体经过不同结构过滤器的压降变化。结果表明，梯度多孔结构设计方法可以通过调节每层的节点数量实现过滤器孔隙大小在径向方向上梯度程度的变化。CFD 模拟仿真和压降测试得出 cross 结构和 star 结构具有类似的压降表现，压降最低的为 vintiles 结构。经过喷砂处理后，过滤器压降的实测值与仿真值误差范围为10%~20%，表明 CFD 仿真技术对过滤器压降情况的预估效果很好，可为过滤器创新结构设计提供优化的方向。
2022 Vol. 65 (14): 49-57 [摘要] ( 82 ) HTMLNew PDF (28941 KB)  ( 48 )
58 多孔材料增材制造与吸声特性研究
陈文炯，常润鑫，王小鹏
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2022.14.058
研究了基于增材制造的多孔材料制备方法，并开展了材料吸声特性的试验研究。基于熔融沉积成形（FDM）增材制造技术，构建了可快速实现多孔材料几何模型的直接填充法。建立了工艺参数与多孔材料结构参数的联系，通过设定打印件厚度、填充形式、填充率、打印线宽、打印层高、铺层角度等工艺参数，可以有效地控制多孔材料的厚度、孔结构形式、孔隙率、丝线尺寸、丝线角度等关键参数，避免了繁琐的大量微结构详细建模过程。采用双传声器阻抗管测试吸声系数，系统研究了多孔材料的厚度、丝线尺寸、孔结构形式等参数对吸声性能的影响规律。结果表明，对吸声峰值的大小影响最显著的是孔隙率（丝线间距），当孔隙率从 20% 增加至 30%，吸声峰值从 0.8 增加至 0.98；当孔隙率从30%增加至60%，吸声峰值从0.98减小至0.6。对吸声峰值对应的共振频率的大小影响最显著的是材料厚度，当材料厚度从 10 mm 增加至 30 mm，吸声峰值对应的共振频率从 6000 Hz 减小至 1750 Hz。研究工作验证了采用增材制造实现具有精确几何特征的多孔材料的可行性，为满足特定吸声性能需求的多孔材料定制开辟了广阔的途径。
2022 Vol. 65 (14): 58-66 [摘要] ( 97 ) HTMLNew PDF (14671 KB)  ( 42 )
67 低熔点合金/高分子复合结构同轴3D打印方法研究
李振，刘俊丰，冯相超，刘冰洁，于源，焦志伟，王鹏飞
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2022.14.067
针对金属/高分子异质材料一体 3D 打印成型的问题，设计了一种面向低熔点合金（LMPA）与高分子复合材料成型的 3D 打印设备。以活塞挤出驱动及双加热系统为基础，通过嵌套式同轴挤出喷头，实现 LMPA 与多种高分子材料的一体连续打印，从而制备较高力学强度的复合打印构件。此外，通过有限元方法对挤出压力、温度、速度等工艺参数进行了模拟仿真，并结合试验探索了打印速度、打印温度、流体黏度等参数对材料成型状态的影响，初步实现对打印工艺的优化。最后设计并打印制备了可变刚度的功能构件，并测试了相关减振性能，对 LMPA/高分子复合功能结构的同轴 3D 打印提供了可参考的方案。
2022 Vol. 65 (14): 67-78 [摘要] ( 73 ) HTMLNew PDF (47968 KB)  ( 29 )
       专题
80 五模材料波控器件设计及制造研究综述
赵爱国，邹晗，赵志高，张满弓，陈虹，王真，张向东
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2022.14.080
五模材料是一种具有流体特性的特殊固体，可通过微结构设计达到所需的特定力学性能。可调的物性参数和固体特征赋予五模材料优越的宽频水声调控能力，在水下声学隐身、声聚焦等特种声学装备领域具有重要的应用前景，受到国内外工程界和学术界关注。首先介绍了五模材料的基本概念及微结构设计的发展现状，从传统制造工艺和增材制造工艺角度出发，对相应的五模材料波控器件的制造和试验测试结果进行详细介绍，最后对五模材料波控器件的发展趋势和技术需求进行了展望。
2022 Vol. 65 (14): 80-91 [摘要] ( 108 ) HTMLNew PDF (50408 KB)  ( 60 )
92 激光选区熔化成形镍钛基五模超材料力学响应研究
张磊，魏帅帅，宋波，李敬洋，张建超，祁俊峰，史玉升
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2022.14.092
五模超材料（Pentamode metamaterials，PMs）具有解耦的相对密度和力学性能，在特种声学装备和生物植入物领域具有潜在应用价值。激光选区熔化（Selective laser melting，SLM）技术具有成形复杂精细晶格超材料的能力，可实现定制刚度、单元尺寸和孔隙率。通过五模超材料结构优化设计，利用激光选区熔化成形镍钛形状记忆合金，实现了不同形态的五模超材料结构成形，并开展模拟和性能测试表征研究。微观形貌的观测结果显示，SLM 成形的镍钛基五模超材料具有较好的制造保真度。有限元仿真预测结果发现应力集中于杆与杆的连接处。压缩力学试验结果显示，镍钛基五模超材料的强度随着相对密度的增大而增大。通过建立相对密度和相对模量与强度的数学模型，提出了不同相对密度五模超材料的力学性能预测方法。
2022 Vol. 65 (14): 92-100/109 [摘要] ( 86 ) HTMLNew PDF (25969 KB)  ( 34 )
101 激光增材制造拓扑优化轻量化圆锥构件力学性能研究
林开杰，吴立斌，杨建凯，张晗，顾冬冬
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2022.14.101
航空航天轻量化结构通常需兼具减重、承载、减振、抗冲击等多种性能要求。但结构在减重的同时往往会伴随着承载、抗冲击性能的降低。基于变密度法对圆锥结构进行了拓扑优化设计，并利用激光粉末床熔融技术实现了圆锥轻量化构件一体化成形，研究了轴向压缩试验下壁厚对拓扑优化构件力学性能的影响机制。试验结果表明，随着壁厚由 1.0 mm 增至 3.0 mm，结构的比吸能先增后减，壁厚 2.5 mm 的构件比吸能最大，为 11.48 J/g。采用有限元模拟方法研究了拓扑优化圆锥结构在压缩过程中的应力分布情况，结果表明，构件发生屈曲变形及断裂的主要原因为较大的面内压应力，内外壁应力水平差异导致了结构发生不同方向的屈曲变形，且随着壁厚的增加，圆锥顶部出现的应力集中及上层屈曲程度的降低均导致结构不能持续增加能量吸收。
2022 Vol. 65 (14): 101-109 [摘要] ( 95 ) HTMLNew PDF (13505 KB)  ( 188 )
110 轻量化异构三维点阵融合设计及界面力学性能分析
刘婷婷，梁焯恒，任方喜，廖文和，张长东，李大伟
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2022.14.110
基于异构三维点阵的融合设计方法有望为航空结构的减重增效带来全新途径。针对现有的异构点阵结构设计方法在过渡边界存在极小杆径、拓扑不连续、承载能力弱等问题，提出了基于子结构参数调控的异构三维点阵过渡界面优化设计策略，通过调节不同点阵构型过渡区域的连通性，实现了异构点阵融合边界的几何高阶连续优化。以此为基础，进一步分析了不同排列模式对异构点阵结构变形行为和承载能力的影响规律，建立了异构点阵结构几何参数 – 性能的理论预测模型。试验结果表明，相较于传统异构点阵设计方法，本文提出的方法结构强度提升52.2%。此外，合理的界面形态能够有效传递载荷，避免结构在界面处发生灾难性破坏。
2022 Vol. 65 (14): 110-117 [摘要] ( 111 ) HTMLNew PDF (39647 KB)  ( 79 )
  编辑部公告
22 《航空制造技术》入编中国科协《航空航天领域高质量科技期刊分级目录（2023版）》
22 《航空制造技术》入编《中文核心期刊要目总览》2023版
22 《航空制造技术》入选中国科技核心期刊
22 《航空制造技术》入选WJCI科技期刊世界影响力指数报告（2023）来源期刊
22 《航空制造技术》被中国科学引文数据库(CSCD)核心库收录
22 “编读往来”栏目邀您建言献策
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电话：010-85703109/3877-291
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国际标准刊号：ISSN1671-833X
国内统一刊号：CN11-4387/V
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