復(fù)雜構(gòu)型的案例
兩次凝膠化策略制備構(gòu)型可編輯的高強(qiáng)度氣凝膠
溶膠-凝膠過程和凝膠力學(xué)性能的有效調(diào)節(jié)為通過“軟變硬”調(diào)制機(jī)制進(jìn)行構(gòu)型編輯、構(gòu)型鎖定和制造復(fù)雜構(gòu)型的高強(qiáng)氣凝膠奠定了基礎(chǔ)。更具體地說，構(gòu)型編輯基于有機(jī)凝膠的柔韌性，易于變形和恢復(fù)。構(gòu)型鎖定依賴于從有機(jī)凝膠到水凝膠的力學(xué)增強(qiáng)。最后，通過溶劑交換和超臨界干燥，制備出具有復(fù)雜構(gòu)型的高強(qiáng)度氣凝膠。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)調(diào)控，具有復(fù)雜構(gòu)型的氣凝膠能夠突破其力學(xué)性能極限。例如，彈簧氣凝膠可以自由變形，具有良好的拉伸、彎曲和扭轉(zhuǎn)彈性。線圈氣凝膠在1000%的拉伸應(yīng)變下快速回彈，回彈率至少達(dá)到90%，其拉伸比可高達(dá)7000%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于斷裂伸長率只有25%的線形氣凝膠。
圖5.構(gòu)型可編輯氣凝膠的應(yīng)用。
通過特定的構(gòu)型設(shè)計(jì)，氣凝膠的隔熱性能可進(jìn)一步提高，同時(shí)將氣凝膠的應(yīng)用從傳統(tǒng)領(lǐng)域擴(kuò)展到可調(diào)節(jié)熱管理器件、刺激響應(yīng)形狀記憶器件等新領(lǐng)域。該研究為構(gòu)型可編輯氣凝膠的設(shè)計(jì)提供了重要見解，有望推動具有特殊構(gòu)型高強(qiáng)度多孔材料的發(fā)展。
END
★ 平臺聲明
部分素材源自網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)歸原作者所有。分享目的僅為行業(yè)信息傳遞與交流，不代表本公眾號立場和證實(shí)其真實(shí)性與否。如有不適，請聯(lián)系我們及時(shí)處理。歡迎參與投稿分享！
展開 ANSYS-CFX 12 Multi-Configuration and Remeshing Capabilities
特別是在流固耦合計(jì)算中涉及固體在流體中的大變形和大位移運(yùn)動，ANSYS CFX結(jié)合ICEMCFD實(shí)現(xiàn)外部網(wǎng)格重構(gòu)功能，用來模擬特別復(fù)雜構(gòu)型的動網(wǎng)格問題并不會產(chǎn)生壞的網(wǎng)格單元，這種運(yùn)動可以是指定規(guī)律的運(yùn)動，比如汽缸的活門運(yùn)動事件，也可以是通過求解剛體六自由度運(yùn)動的結(jié)果，配合ANSYS CFX的多構(gòu)型（Multi-Configuration）模擬，可以方便處理活塞封閉和邊界接觸計(jì)算。而且，對于螺桿泵、齒輪泵這種特殊的泵體運(yùn)動，ANSYS CFX開發(fā)了獨(dú)特的浸入固體方法（immersed solids）不需要任何網(wǎng)格變形或重構(gòu)，采用施加動量源項(xiàng)的方法來模擬固體在流體中的任意運(yùn)動?；谝陨蟽煞N動網(wǎng)格策略，用戶可以方便地解決任意復(fù)雜的動網(wǎng)格問題。
CFX_Vel.rar
這是CFX 12新增的動網(wǎng)格功能。這里我想描述一下Multi-Configuration and Remeshing 的功能。下面是一個帶彈簧的活塞1自由度運(yùn)動，當(dāng)壓力大于彈簧力時(shí)，活塞上移，活塞一開始處于封閉狀態(tài)的，這也是目前CFD網(wǎng)格技術(shù)的瓶頸，但是CFX12 在處理這種問題上獨(dú)辟蹊徑，采用多構(gòu)型和網(wǎng)格重劃分結(jié)合的辦法有效解決這一難題。
這是網(wǎng)格運(yùn)動，可以看出來，CFX12 采用了三種方式的網(wǎng)格分別描述 活塞貼壁，活塞距離壁很近，和活塞遠(yuǎn)離壁面時(shí)的運(yùn)動狀態(tài)，分別稱作seated unseated 。
這是CFX12 Remesh設(shè)置的部分，外部調(diào)用了ICEMCFD進(jìn)行網(wǎng)格重新劃分，可以靈活控制復(fù)雜構(gòu)型，而且不會產(chǎn)生負(fù)體積，可以采用大的時(shí)間步長。這也是一種全新的動網(wǎng)格思路，和Fluent的求解過程中Remesh方法遙相呼應(yīng)。
這是整個設(shè)置的界面，可以看出，CFX12先求解seated狀態(tài)下的流動，然后過渡到unseated狀態(tài)下求解，分別采用了兩套網(wǎng)格。
mesh.rar
展開 活塞運(yùn)動的流固耦合模擬
特別是在流固耦合計(jì)算中涉及固體在流體中的大變形和大位移運(yùn)動，ANSYS CFX結(jié)合ICEMCFD實(shí)現(xiàn)外部網(wǎng)格重構(gòu)功能，用來模擬特別復(fù)雜構(gòu)型的動網(wǎng)格問題并不會產(chǎn)生壞的網(wǎng)格單元，這種運(yùn)動可以是指定規(guī)律的運(yùn)動，比如汽缸的活門運(yùn)動事件，也可以是通過求解剛體六自由度運(yùn)動的結(jié)果，配合ANSYS CFX的多構(gòu)型（Multi-Configuration）模擬，可以方便處理活塞封閉和邊界接觸計(jì)算。而且，對于螺桿泵、齒輪泵這種特殊的泵體運(yùn)動，ANSYS CFX開發(fā)了獨(dú)特的浸入固體方法（immersed solids）不需要任何網(wǎng)格變形或重構(gòu)，采用施加動量源項(xiàng)的方法來模擬固體在流體中的任意運(yùn)動。基于以上兩種動網(wǎng)格策略，用戶可以方便地解決任意復(fù)雜的動網(wǎng)格問題。這是CFX 12新增的動網(wǎng)格功能。這里我想描述一下Multi-Configuration and
Remeshing 的功能。下面是一個帶彈簧的活塞1自由度運(yùn)動，當(dāng)壓力大于彈簧力時(shí)，活塞上移，活塞一開始處于封閉狀態(tài)的，這也是目前CFD網(wǎng)格技術(shù)的瓶頸，但是CFX12 在處理這種問題上獨(dú)辟蹊徑，采用多構(gòu)型和網(wǎng)格重劃分結(jié)合的辦法有效解決這一難題。
下面我們會開始模擬這個過程。在CFD中無法模擬閥由完全關(guān)閉到開啟的過程，因?yàn)檫@個過程需要由面網(wǎng)格拉伸出體網(wǎng)格才可以實(shí)現(xiàn)，在CFX中我們可以通過Multi-Configuration來實(shí)現(xiàn)這個過程，而閥一旦開啟后，剩下的即可通過remeshing功能來不斷改善網(wǎng)格輕松模擬出來。
我們需要準(zhǔn)備2套網(wǎng)格和2個ICEM的rpl文件，2套網(wǎng)格分別用于閥關(guān)閉和開啟2種模擬，而2個rpl文件用來進(jìn)行結(jié)果網(wǎng)格和非結(jié)果網(wǎng)格的remeshing。
展開 神工坊再獲“國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃”支持
因此，MDO雖然在科學(xué)研究中展現(xiàn)了巨大潛力，但是在飛行器全機(jī)復(fù)雜構(gòu)型設(shè)計(jì)中卻面臨“瓶頸”，陷入“創(chuàng)新死亡谷”。近年來，我國超算研制和應(yīng)用能力達(dá)到世界領(lǐng)先水平，“神威·太湖之光”多次登頂世界超算 Top500 榜單，高性能應(yīng)用榮獲“戈登·貝爾”獎。國家超級計(jì)算無錫中心基于“神威·太湖之光”實(shí)現(xiàn)了航發(fā)整機(jī)全流道數(shù)值模擬，具備了解決工程仿真問題的能力，為實(shí)現(xiàn)第三代MDO軟件研發(fā)奠定了良好基礎(chǔ)。
國家超級計(jì)算無錫中心神工坊團(tuán)隊(duì)依托自主研發(fā)的高性能多域多物理場數(shù)值模擬框架，深入研究多學(xué)科聯(lián)合優(yōu)化計(jì)算過程中的性能熱點(diǎn)，從多個層面提煉眾核加速共性算法，實(shí)現(xiàn)多種異構(gòu)超算平臺上的多學(xué)科優(yōu)化軟件適配與維護(hù) 。
“神工坊”高性能多域多物理場數(shù)值模擬框架
通過本項(xiàng)目的研發(fā)，對于提升國家科技實(shí)力、推動產(chǎn)業(yè)升級、提高國產(chǎn)民機(jī)競爭力等方面具有重要意義。首先，我們將構(gòu)筑自主可控的軟件體系和高性能計(jì)算應(yīng)用范式，提升科學(xué)、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)指標(biāo)；其次，我們將推進(jìn)民機(jī)設(shè)計(jì)手段的革新，助力高端裝備制造產(chǎn)業(yè)升級和高質(zhì)量發(fā)展，這將有利于提升國產(chǎn)民機(jī)的競爭力，助力國內(nèi)航空裝備企業(yè)爭奪50萬億國際民機(jī)市場。此外，本項(xiàng)目還將降低國產(chǎn)超算的復(fù)雜多學(xué)科應(yīng)用開發(fā)門檻，賦予軟件可持續(xù)發(fā)展能力，有助于完善國產(chǎn)超級計(jì)算機(jī)的應(yīng)用生態(tài)，全面覆蓋飛行器設(shè)計(jì)的重大關(guān)鍵領(lǐng)域。
近年來，神工坊始終秉持“仿真驅(qū)動創(chuàng)新，計(jì)算引領(lǐng)未來”的核心理念，通過與國內(nèi)頂尖高校、科研院所及行業(yè)重點(diǎn)企業(yè)的緊密合作，在聯(lián)合科技攻關(guān)、科技創(chuàng)新資源的整合等方面取得了豐碩的成果，為推動我國工業(yè)仿真技術(shù)的跨越式發(fā)展，以及重大裝備研制創(chuàng)新和工業(yè)設(shè)計(jì)研發(fā)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供有力支撐。
展開 
基于實(shí)際工程的飛行器氣動設(shè)計(jì)與仿真
現(xiàn)代復(fù)雜氣動布局飛行器的研制過程已然證明，有效使用CFD方法可以大量節(jié)省設(shè)計(jì)經(jīng)費(fèi)、縮短研制周期。但復(fù)雜外形跨速域飛行器的氣動設(shè)計(jì)不僅對CFD提出了巨大挑戰(zhàn)，也使CFD愈顯其在設(shè)計(jì)中的重要地位和巨大作用。
圖24 波音與NASA聯(lián)合提出的CFD發(fā)展路線
4.2. 試驗(yàn)的不可或缺性：CFD模擬能力尚有不足
CFD工程師及飛行器設(shè)計(jì)師眼中，對待風(fēng)洞試驗(yàn)及CFD的態(tài)度是不一樣的。很多數(shù)據(jù)顯示，在新型復(fù)雜構(gòu)型飛行器的氣動設(shè)計(jì)中，CFD占比越來越大，作為一個CFD工程師，毫無疑問會相信，未來風(fēng)洞試驗(yàn)在飛行器氣動設(shè)計(jì)過程中會逐漸萎縮，最終演變?yōu)橐粋€氣動特性的驗(yàn)證手段。但是氣動布局設(shè)計(jì)師，也會認(rèn)同這樣的觀點(diǎn)嗎？通過圖12，我們可以看出，在CFD技術(shù)工程上已然十分成熟的今天，型號上的風(fēng)洞試驗(yàn)絲毫未見減少，但為什么會有風(fēng)洞試驗(yàn)可能被取代的“錯覺”？這是因?yàn)?em>復(fù)雜外形氣動布局優(yōu)化設(shè)計(jì)中，CFD所起的作用越來越大，使用的越來越多，是優(yōu)化設(shè)計(jì)上的得力助手，但風(fēng)洞試驗(yàn)驗(yàn)證氣動布局，形成氣動數(shù)據(jù)庫的作用，使得該吹的風(fēng)絲毫未減。
圖25 美國飛機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)間
風(fēng)洞試驗(yàn)的不可取代，亦是由目前CFD對一些工況模擬的不準(zhǔn)或者模擬代價(jià)極大決定的。舉幾個例子:
（1）飛行器起降構(gòu)型，或稱高升力構(gòu)型的氣動特性，尤其表現(xiàn)在力矩上，CFD與風(fēng)洞試驗(yàn)差異較大。為什么我們看文獻(xiàn)，高升力構(gòu)型俯仰力矩鮮有與試驗(yàn)值比較？皮褲套棉褲，必有緣故!CFD算不準(zhǔn)嘛。
圖26 高升力構(gòu)型網(wǎng)格及計(jì)算結(jié)果
（2）大迎角下，接近最大升力系數(shù)時(shí)，CFD計(jì)算值低于風(fēng)洞試驗(yàn)值。
圖27 大迎角CFD與試驗(yàn)對比曲線
（3）非定常脈動的仿真，LES或者DES，耗費(fèi)的計(jì)算資源及周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于風(fēng)洞試驗(yàn)。
展開 CFD（計(jì)算流體力學(xué)）在各行業(yè)中的應(yīng)用 附王福軍計(jì)算流體動力學(xué)分析-CFD軟件原理與應(yīng)用下載
過去由于CFD技術(shù)涉及復(fù)雜的流體力學(xué)理論讓人望而卻步。如今，隨著計(jì)算機(jī)以及相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是一些CFD商業(yè)軟件的出現(xiàn)，CFD技術(shù)已不再是停留在“象牙塔”中的高深學(xué)問，它已在各個工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮出越來越大的作用。知網(wǎng)的數(shù)據(jù)顯示，CFD相關(guān)文獻(xiàn)在各行業(yè)內(nèi)的分布較均衡且數(shù)量較多，說明目前CFD在國內(nèi)的影響非常廣泛。
CFD相關(guān)文獻(xiàn)在各行業(yè)中的分布情況（來源于知網(wǎng)2022年2月）
CFD在各行業(yè)的一些應(yīng)用如下。
1. 航空航天
就航空航天工程應(yīng)用而言，CFD的貢獻(xiàn)與成就是舉世矚目的，從低速、高速、跨聲速、超聲速到高超聲速，CFD數(shù)值技術(shù)在不斷地拓展其應(yīng)用范圍。在工程應(yīng)用方面，CFD經(jīng)歷了從平板/翼型到機(jī)翼/全機(jī)的復(fù)雜構(gòu)型數(shù)值模擬，從簡單的簡諧運(yùn)動到六自由度多體分離、投放，螺旋槳、直升機(jī)滑流，這些無不凝聚著CFD研究人員與工程師們的智慧與付出。從單一流場的數(shù)值模擬到氣動噪聲、考慮結(jié)構(gòu)變形、電磁計(jì)算、等離子控制和飛行力學(xué)等學(xué)科的耦合，CFD技術(shù)在氣動設(shè)計(jì)、氣動彈性、等離子主動控制、多物理場耦合、數(shù)字化飛行、控制律驗(yàn)證等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。CFD不再僅僅是一個計(jì)算平臺，而且開始成為飛行器設(shè)計(jì)過程中不可缺少的工具。
2. 化工
化工工程是CFD重要的應(yīng)用與發(fā)展領(lǐng)域，著名的CFD商業(yè)軟件Fluent就誕生于化工領(lǐng)域，CFD能夠準(zhǔn)確地描述化工過程中的流體流動、混合、傳熱規(guī)律，近年來逐漸開始耦合到化學(xué)反應(yīng)中應(yīng)用于化學(xué)工程領(lǐng)域，并表現(xiàn)出巨大潛力。采用CFD與化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)相結(jié)合的方法可以將反應(yīng)器內(nèi)流動、混合、傳熱、反應(yīng)等過程同時(shí)考慮，從而實(shí)現(xiàn)對非理想反應(yīng)器的準(zhǔn)確數(shù)值模擬。
3.
展開 沈航：面向金屬增材制造的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)研究進(jìn)展
金屬增材制造技術(shù)
然而拓?fù)?em>構(gòu)型通常較為復(fù)雜，受制于傳統(tǒng)制造工藝限制，設(shè)計(jì)人員往往需要簡化最優(yōu)拓?fù)?em>構(gòu)型，這導(dǎo)致拓?fù)鋬?yōu)化的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢不能充分體現(xiàn)。增材制造技術(shù)使用高能束熱源，采用“自下而上”材料逐層熔化沉積的疊加方式，無需模具，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜拓?fù)?em>構(gòu)型的快速“自由制造”，解決了結(jié)構(gòu)優(yōu)化存在的“制造決定設(shè)計(jì)”的問題，極大地拓寬了設(shè)計(jì)空間。但金屬增材制造技術(shù)并不是完全“自由制造”技術(shù)，仍存在特有的制造約束，如當(dāng)拓?fù)?em>構(gòu)型最小尺寸小于設(shè)備精度時(shí)，則會出現(xiàn)打印失敗現(xiàn)象；受制于設(shè)備成形腔與結(jié)構(gòu)熱變形限制，增材制造大型構(gòu)件時(shí)，需進(jìn)行分塊與連接處理；增材制造零件有時(shí)會沿構(gòu)建方向出現(xiàn)20%~40%的強(qiáng)度損失；對于粉末床增材制造技術(shù)，在制造含有封閉孔洞的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)會出現(xiàn)內(nèi)部粉末與支撐難以去除等問題。因此，在拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)中考慮增材制造約束，發(fā)展面向金屬增材制造的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法具有重要意義。
金屬增材制造技術(shù)雖有效解決了復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可制造性差的問題，但仍存在某些制造約束，如當(dāng)結(jié)構(gòu)最小尺寸小于束斑直徑時(shí)，零件實(shí)際打印輪廓會超出設(shè)計(jì)輪廓；激光選區(qū)熔化技術(shù)所能制造的零件幾何尺寸受限；當(dāng)懸垂角度選擇不當(dāng)時(shí)，會產(chǎn)生零件裝配孔材料塌陷、支撐結(jié)構(gòu)斷裂等現(xiàn)象；采用粉末床增材制造技術(shù)時(shí)，制造的含有封閉孔洞的結(jié)構(gòu)存在內(nèi)部粉末與支撐無法去除等問題。因此，在拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)中需同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)幾何約束、成形約束、材料性能約束等多種增材制造約束，從產(chǎn)品拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)源頭改善制造工藝局限性，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造的一體化。
展開 葉片/翼型參數(shù)化造型技術(shù)
問題到了三維復(fù)雜構(gòu)型以后，可能影響到設(shè)計(jì)指標(biāo)的東西太多了，牽一發(fā)而動全身。有時(shí)候改了不如不改。
這種情況，在二維階段就要求設(shè)計(jì)師對各種幾何參數(shù)的特點(diǎn)以及其對氣動特性影響規(guī)律要非常熟悉，當(dāng)指標(biāo)達(dá)不到的時(shí)候依靠經(jīng)驗(yàn)知道往什么方向改。
類似于結(jié)構(gòu)力學(xué)領(lǐng)域，很多人遇到啥問題都把它簡化成梁，然后很快就能知道這個東西的大致規(guī)律。差生文具多，文具多也可能導(dǎo)致差，因?yàn)樵?em>復(fù)雜的理論模型，越不容易摸到規(guī)律。
本期聊聊作為入門的基礎(chǔ)的，葉片/翼型參數(shù)化造型技術(shù)。
葉/翼型參數(shù)知多少
我剛開始接觸這個東西，最讓驚訝的就是一個看起來平平無奇的翼型，竟然有那么多幾何參數(shù)，有些是造型用的，有些是造完型計(jì)算出來的。
1. 弦長
弦長：翼型通常理解為二維機(jī)翼，它前端圓滑，尖點(diǎn)稱為后緣；翼型上距后緣最遠(yuǎn)的點(diǎn)稱為前緣；連接前后緣的直線稱為翼弦(chord)，其長度稱為弦長。如下圖所示：
2. 中弧線
中弧線：指和上翼面、下翼面相切的公切圓的圓心的軌跡
3. 安裝角
安裝角：弦線與額線之間的夾角。簡單理解就是弦線與x軸的夾角。如下圖所示：
4. 進(jìn)口幾何角
進(jìn)口幾何角：翼型中弧線在前緣點(diǎn)A處的切線與額線的夾角。等同于過前緣點(diǎn)的前緣內(nèi)切圓心連線與x軸的夾角。見下圖。
5. 出口幾何角
出口幾何角：翼型中弧線在尾緣點(diǎn)A處的切線與額線的夾角。等同于過尾緣點(diǎn)的尾緣內(nèi)切圓心連線與x軸的夾角。見下圖。
6. 前緣楔角、尾緣楔角
前緣楔角、尾緣楔角：見下圖。
7. 前緣半徑、尾緣半徑
前緣半徑：前緣內(nèi)切圓半徑。見下圖。
尾緣半徑：尾緣內(nèi)切圓半徑。
展開 XX 型衛(wèi)星3頭星敏感器支架的優(yōu)化
本文涉及的 3 頭星敏感器支架是一個典型的由薄壁構(gòu)成的復(fù)雜構(gòu)型零件，最大外包絡(luò)尺 寸 375×376×472 mm，平均厚度在 4-5 mm，且各安裝面間軸向角度精度要求較高，傳統(tǒng) 制造方法是通過鑄造工藝實(shí)現(xiàn)，但成品率不高且加工周期長。
針對這一實(shí)際狀況，期望通過拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)及金屬 3D 打印制造工藝的聯(lián)合應(yīng)用，達(dá)到 減重并實(shí)現(xiàn)快速制造的目標(biāo)。近年來，隨著 3D 打印技術(shù)的飛速發(fā)展，使得更復(fù)雜、更自由的設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)，相比于傳統(tǒng)機(jī)加工手段，3D 打印突破了對于一些傳統(tǒng)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造限制。
但目前市場上絕大多 CAD/CAE 軟件主要是面向傳統(tǒng)機(jī)加工工藝的，對于復(fù)雜形狀，特 別是非規(guī)則曲面建模往往力不從心，無法高效實(shí)現(xiàn)。
solidThinking 系列軟件是高度融合的建模仿真工具，融合自由曲面建模、實(shí)體建模及 多邊形建模，這為拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)與 3D 打印之間構(gòu)建了一座橋梁。
2 星敏支架的分析
原始設(shè)計(jì)模型雖然已經(jīng)是成熟的產(chǎn)品，但減重作為航天器永恒的話題，我們還是希望能 夠有所突破。
通過對原始模型的仿真分析，粗略得到了零件整體在使用過程中的宏觀狀態(tài)。這為進(jìn)一 步進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化打下了基礎(chǔ)。
圖 1 原始模型部分仿真結(jié)果
從仿真結(jié)果可以看出，原零件的設(shè)計(jì)安全裕度較高，但產(chǎn)品的等強(qiáng)度設(shè)計(jì)并不理想，在 后續(xù)的拓?fù)鋬?yōu)化中將著重于等強(qiáng)度設(shè)計(jì)，并利用 solidThinking Inspire 不斷進(jìn)行等強(qiáng)度校核， 這也成為后續(xù)仿生設(shè)計(jì)的一個重要指導(dǎo)因素。
展開 CFD（計(jì)算流體力學(xué)）在各行業(yè)中的應(yīng)用
過去由于CFD技術(shù)涉及復(fù)雜的流體力學(xué)理論讓人望而卻步。如今，隨著計(jì)算機(jī)以及相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是一些CFD商業(yè)軟件的出現(xiàn)，CFD技術(shù)已不再是停留在“象牙塔”中的高深學(xué)問，它已在各個工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮出越來越大的作用。知網(wǎng)的數(shù)據(jù)顯示，CFD相關(guān)文獻(xiàn)在各行業(yè)內(nèi)的分布較均衡且數(shù)量較多，說明目前CFD在國內(nèi)的影響非常廣泛。
CFD相關(guān)文獻(xiàn)在各行業(yè)中的分布情況（來源于知網(wǎng)2022年2月）
CFD在各行業(yè)的一些應(yīng)用如下。
1. 航空航天
就航空航天工程應(yīng)用而言，CFD的貢獻(xiàn)與成就是舉世矚目的，從低速、高速、跨聲速、超聲速到高超聲速，CFD數(shù)值技術(shù)在不斷地拓展其應(yīng)用范圍。在工程應(yīng)用方面，CFD經(jīng)歷了從平板/翼型到機(jī)翼/全機(jī)的復(fù)雜構(gòu)型數(shù)值模擬，從簡單的簡諧運(yùn)動到六自由度多體分離、投放，螺旋槳、直升機(jī)滑流，這些無不凝聚著CFD研究人員與工程師們的智慧與付出。從單一流場的數(shù)值模擬到氣動噪聲、考慮結(jié)構(gòu)變形、電磁計(jì)算、等離子控制和飛行力學(xué)等學(xué)科的耦合，CFD技術(shù)在氣動設(shè)計(jì)、氣動彈性、等離子主動控制、多物理場耦合、數(shù)字化飛行、控制律驗(yàn)證等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。CFD不再僅僅是一個計(jì)算平臺，而且開始成為飛行器設(shè)計(jì)過程中不可缺少的工具。
2. 化工
化工工程是CFD重要的應(yīng)用與發(fā)展領(lǐng)域，著名的CFD商業(yè)軟件Fluent就誕生于化工領(lǐng)域，CFD能夠準(zhǔn)確地描述化工過程中的流體流動、混合、傳熱規(guī)律，近年來逐漸開始耦合到化學(xué)反應(yīng)中應(yīng)用于化學(xué)工程領(lǐng)域，并表現(xiàn)出巨大潛力。采用CFD與化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)相結(jié)合的方法可以將反應(yīng)器內(nèi)流動、混合、傳熱、反應(yīng)等過程同時(shí)考慮，從而實(shí)現(xiàn)對非理想反應(yīng)器的準(zhǔn)確數(shù)值模擬。
3.
展開 超越PEEK，3D打印的碳纖維增強(qiáng)尼龍有怎樣的性能和應(yīng)用潛力
END
纖維增強(qiáng)復(fù)合材料以其優(yōu)異的力學(xué)性能已被廣泛應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域，但由于傳統(tǒng)制造工藝的限制，復(fù)合材料依然無法應(yīng)用于一些具有復(fù)雜構(gòu)型的結(jié)構(gòu)。3D打印技術(shù)的快速發(fā)展無疑為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜幾何形狀的復(fù)合材料制造提供了契機(jī)，從而進(jìn)一步拓展了復(fù)合材料的應(yīng)用范圍。
當(dāng)然，3D打印纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的形式有多種，除了本文提到的短切纖維復(fù)合，另外還有長纖增強(qiáng)復(fù)合；在制造工藝方面不僅有熔融擠出，還包括激光燒結(jié)。這兩種形式和工藝所能達(dá)到的材料性能也有區(qū)別，所帶來的制造成本和適用領(lǐng)域也大不相同。
環(huán)氧乙烯基酯預(yù)浸料技術(shù)工藝、應(yīng)用及前景分析
環(huán)氧乙烯基酯預(yù)浸料簡介
1、特點(diǎn)
纖維面密度200gsm-500gsm（單向和織物（平紋、單軸向、多軸向織物））
樹脂含量20%-40%
單層厚度0.2mm-0.6mm（200gsm-500gsm）
單向連續(xù)纖維，具有可設(shè)計(jì)性
玻纖增強(qiáng)預(yù)浸料產(chǎn)品
碳纖增強(qiáng)預(yù)浸料產(chǎn)品
耐腐蝕、阻燃、高韌性三類
室溫優(yōu)異的鋪覆性和表面粘性，完整剝離不粘PE薄膜
V1550A耐腐蝕型玻纖預(yù)浸料
V2550A/B阻燃型玻纖預(yù)浸料
快速固化100℃-145℃45sec/mm和140℃-160℃1min/mm兩個系列
適合模壓成型、真空袋成型、熱壓罐成型
適合快速成型（熱進(jìn)熱出）、慢速成型（控制升溫速率和升溫平臺）
適合快速模壓成型制造制品
優(yōu)異的鋪覆性使之同樣適合真空袋成型制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)制品低成本與售價(jià)
有不含苯乙烯和低揮發(fā)苯乙烯兩個類型、環(huán)境友好
室溫存貯期1個月-3個月
玻纖增強(qiáng)預(yù)浸料坯
碳纖增強(qiáng)預(yù)浸料坯
2、性能指標(biāo)
3、正在開發(fā)預(yù)浸料種類
高韌性增稠劑增稠型玻纖/環(huán)氧乙烯基酯預(yù)浸料
特點(diǎn)：耐沖擊、耐疲勞、高強(qiáng)度、高剛度
增稠劑增稠型方格布/短切氈/環(huán)氧乙烯基酯預(yù)浸料
特點(diǎn)：同步收縮率SMC和預(yù)浸料復(fù)合應(yīng)用、雙粘度體系、適用于復(fù)雜構(gòu)型結(jié)構(gòu)件模壓成型
界面增強(qiáng)、高韌性、觸變劑增稠型高韌性碳纖/環(huán)氧乙烯基酯預(yù)浸料
特點(diǎn)：通過上漿劑改性獲得高強(qiáng)碳纖維與環(huán)氧乙烯基酯的界面、固化后性能接近碳纖維環(huán)氧預(yù)浸料
環(huán)氧乙烯基酯預(yù)浸料應(yīng)用案例及應(yīng)用前景
一、電動汽車電池盒托盤
展開 環(huán)氧乙烯基酯預(yù)浸料技術(shù)工藝、應(yīng)用及前景分析
環(huán)氧乙烯基酯預(yù)浸料簡介
1、特點(diǎn)
纖維面密度200gsm-500gsm（單向和織物（平紋、單軸向、多軸向織物））
樹脂含量20%-40%
單層厚度0.2mm-0.6mm（200gsm-500gsm）
單向連續(xù)纖維，具有可設(shè)計(jì)性
玻纖增強(qiáng)預(yù)浸料產(chǎn)品
碳纖增強(qiáng)預(yù)浸料產(chǎn)品
耐腐蝕、阻燃、高韌性三類
室溫優(yōu)異的鋪覆性和表面粘性，完整剝離不粘PE薄膜
V1550A耐腐蝕型玻纖預(yù)浸料
V2550A/B阻燃型玻纖預(yù)浸料
快速固化100℃-145℃45sec/mm和140℃-160℃1min/mm兩個系列
適合模壓成型、真空袋成型、熱壓罐成型
適合快速成型（熱進(jìn)熱出）、慢速成型（控制升溫速率和升溫平臺）
適合快速模壓成型制造制品
優(yōu)異的鋪覆性使之同樣適合真空袋成型制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)制品低成本與售價(jià)
有不含苯乙烯和低揮發(fā)苯乙烯兩個類型、環(huán)境友好
室溫存貯期1個月-3個月
玻纖增強(qiáng)預(yù)浸料坯
碳纖增強(qiáng)預(yù)浸料坯
2、性能指標(biāo)
3、正在開發(fā)預(yù)浸料種類
高韌性增稠劑增稠型玻纖/環(huán)氧乙烯基酯預(yù)浸料
特點(diǎn)：耐沖擊、耐疲勞、高強(qiáng)度、高剛度
增稠劑增稠型方格布/短切氈/環(huán)氧乙烯基酯預(yù)浸料
特點(diǎn)：同步收縮率SMC和預(yù)浸料復(fù)合應(yīng)用、雙粘度體系、適用于復(fù)雜構(gòu)型結(jié)構(gòu)件模壓成型
界面增強(qiáng)、高韌性、觸變劑增稠型高韌性碳纖/環(huán)氧乙烯基酯預(yù)浸料
特點(diǎn)：通過上漿劑改性獲得高強(qiáng)碳纖維與環(huán)氧乙烯基酯的界面、固化后性能接近碳纖維環(huán)氧預(yù)浸料
展開 哈佛大學(xué)鎖志剛教授與科羅拉多大學(xué)Hayward教授 PNAS：基于離電子結(jié)的柔性溫度傳感器
然而傳統(tǒng)電阻式溫度傳感器和熱電偶以硬材料為主，這大大地限制了其在復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)、生物組織等重要場景的應(yīng)用。近幾十年來，軟材料的快速發(fā)展推動了柔性電子領(lǐng)域的興起，而柔性傳感器則被視為下一代可穿戴設(shè)備、智能織物、軟體機(jī)器人等發(fā)展的關(guān)鍵。
最近，哈佛大學(xué)鎖志剛教授與科羅拉多大學(xué)Ryan C. Hayward教授合作開發(fā)了一種基于離電子結(jié)的新型柔性溫度傳感器。該傳感器的傳感單元由離子導(dǎo)體、電子導(dǎo)體和介電層組成（圖1）。離子積聚在離子導(dǎo)體與介電層的界面處，而電子則積聚在介電層與電子導(dǎo)體的界面處。通常，積聚的離子數(shù)與電子數(shù)并不相等，因而在離子導(dǎo)體中會形成具有一定厚度（分子尺度）的離子云。當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，離子云的厚度發(fā)生變化，繼而產(chǎn)生隨溫度變化的電壓。該溫度傳感器具有靈敏度高（~1 mV/K）、響應(yīng)時(shí)間短（~10 ms）、自供電等優(yōu)良特性，同時(shí)還具有多種傳感構(gòu)型，能夠滿足不同的應(yīng)用需求。由于離子導(dǎo)體、電子導(dǎo)體和介電層皆可為軟材料，該溫度傳感器具有柔性、可拉伸、透明等特點(diǎn)，可被廣泛應(yīng)用于不規(guī)則物體表面溫度的精準(zhǔn)測量。
圖1 工作原理
根據(jù)離子導(dǎo)體、電子導(dǎo)體和介電層的不同組合方式，溫度傳感器可設(shè)計(jì)成多種構(gòu)型。當(dāng)離子導(dǎo)體與電子導(dǎo)體不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，不需要引入介電層。首先，他們使用一種包含兩個離電子結(jié)的傳感構(gòu)型，以含氯化鈉水凝膠為離子導(dǎo)體，納米銀導(dǎo)電織物為傳感端電子導(dǎo)體，金片為參考端電子導(dǎo)體，對溫度傳感的基本原理與特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究（圖2）。研究發(fā)現(xiàn)傳感器靈敏度與離子濃度和傳感端電子導(dǎo)體種類高度相關(guān)，其響應(yīng)時(shí)間大約為10毫秒。
展開 哈佛大學(xué)鎖志剛教授課題組：容易開裂的可降解塑料
：具有復(fù)雜構(gòu)型的水凝膠離電器件
哈佛大學(xué)鎖志剛教授課題組：可降解聚合物中裂紋擴(kuò)展‘超車’降解
哈佛大學(xué)鎖志剛教授課題組：首次提出可拉伸粘接的系統(tǒng)表征方法
哈佛大學(xué)鎖志剛教授課題組：軟材料粘接強(qiáng)度與韌性研究取得新進(jìn)展
哈佛大學(xué)鎖志剛教授課題組報(bào)道拓?fù)湔辰有逻M(jìn)展：快速強(qiáng)韌拓?fù)湔辰觿?哈佛大學(xué)鎖志剛教授課題組：納米顆粒-彈性體復(fù)合材料助力可拉伸駐極體
哈佛大學(xué)鎖志剛教授課題組：針對不同聚合物網(wǎng)絡(luò)的雙底漆粘接方法
美國哈佛大學(xué)鎖志剛教授課題組：水凝膠-彈性體器件中的等離子現(xiàn)象
哈佛大學(xué)鎖志剛教授與西安交大軟機(jī)器實(shí)驗(yàn)室合作：聚合物網(wǎng)絡(luò)剛度-疲勞門檻值的矛盾及解決方法
哈佛大學(xué)鎖志剛教授和西安交通大學(xué)徐明龍教授課題組合作研發(fā)應(yīng)用于全牙列動態(tài)咬合力測量的柔性傳感器
哈佛大學(xué)鎖志剛教授與西安交大軟機(jī)器實(shí)驗(yàn)室合作《JMPS》：抗疲勞橡膠彈性體
哈佛大學(xué)鎖志剛教授課題組：彈性耗散對軟材料斷裂韌性的影響
哈佛大學(xué)鎖志剛教授課題組《Materials Today》：抗疲勞材料設(shè)計(jì)一般原則
哈佛大學(xué)鎖志剛教授課題組：瞬時(shí)強(qiáng)韌非共價(jià)粘接
哈佛大學(xué)鎖志剛教授和Robert D.
展開 