先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料的案例
先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷納入國家重點研發(fā)計劃“先進(jìn)結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料”重點專項
為落實“十四五”期間國家科技創(chuàng)新有關(guān)部署安排，國家重點研發(fā)計劃啟動實施“先進(jìn)結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料”重點專項。根據(jù)本重點專項實施方案的部署，科技部近日發(fā)布了2021年度項目申報指南。該指南重點圍繞先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷與陶瓷基復(fù)合材料、高溫與特種金屬結(jié)構(gòu)材料、先進(jìn)工程結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)材料制備加工與評價新技術(shù)等7個技術(shù)方向。
本重點專項總體目標(biāo)是：面向制造強(qiáng)國、交通強(qiáng)國、航天強(qiáng)國建設(shè)等國家重大需求部署先進(jìn)結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料研發(fā)任務(wù)，形成國產(chǎn)材料體系化自主研制和保障能力，實現(xiàn)航空發(fā)動機(jī)、重載火箭、國產(chǎn)大飛機(jī)、核電工程裝備、深海油氣資源開采等
國家大型工程等急需的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料的國內(nèi)自主供給。
先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷與陶瓷基復(fù)合材料
高端合金制造及鋼鐵冶金用關(guān)鍵結(jié)構(gòu)陶瓷材料開發(fā)及應(yīng)用（示范應(yīng)用）
研究內(nèi)容：
面向冶金產(chǎn)業(yè)提升的發(fā)展需求，研究高端合金制造及鋼鐵新技術(shù)領(lǐng)域用關(guān)鍵結(jié)構(gòu)陶瓷材料組分設(shè)計與制備技術(shù)，開發(fā)高品質(zhì)高溫合金制備用結(jié)構(gòu)陶瓷材料、冶金領(lǐng)域用
高效節(jié)能
硼化鋯陶瓷電極、薄帶連鑄用結(jié)構(gòu)功能一體化陶瓷材料
的規(guī)模化生產(chǎn)工藝，開展應(yīng)用評價技術(shù)研究，建立規(guī)模化生產(chǎn)線，研制關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，制定制備及檢測標(biāo)準(zhǔn)。
展開 布里斯托爾學(xué)術(shù)在研討會上提出了先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)
博士萬德爾塞巴斯蒂安,讀者在結(jié)構(gòu)工程,最近提出了土木工程研討會上發(fā)表主題演講先進(jìn)復(fù)合材料的應(yīng)用。
industry-promoted事件舉行8月22日在倫敦皇家丹麥大使館。 它匯集了一支團(tuán)隊的設(shè)計師,制造商和學(xué)者討論的好處和未來交通基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)先進(jìn)的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
塞巴斯蒂安博士的演講重點實驗室和現(xiàn)場技術(shù)來評估這些結(jié)構(gòu)的長期性能。 他指出,提高可訪問性的低成本、高性能的傳感器可能導(dǎo)致實時性能評估的先進(jìn)復(fù)合材料橋梁在長期的媒介。 其他演講者來自英格蘭和高速公路從前緣的咨詢公司設(shè)計先進(jìn)的復(fù)合橋梁。
《會飲篇》之后,一個晚上表示從建筑師的“解壓墻”展覽的結(jié)構(gòu)為由蛇形館海德公園。 這個26-metre-long 14-metre-high結(jié)構(gòu)迅速由一組類似lego的模塊化單元由先進(jìn)的復(fù)合材料。
透明環(huán)氧樹脂https://www.hongyantu.com/index.php?r=landing/index&id=hysz
展開 《先進(jìn)功能材料》使用模板來指導(dǎo)自折疊3-D結(jié)構(gòu)的新方法
最近北卡州立大學(xué)朱勇課題組開發(fā)了一種非常簡單的方法，可以把二維的熱縮片（Shrinky Dinks ）轉(zhuǎn)變成三維結(jié)構(gòu)。他們把事先裁好的紙板按照一定的規(guī)則粘到熱縮片（Shrinky Dinks ） 上。當(dāng)這些粘有紙板的熱縮片（Shrinky Dinks ）被加熱時，會轉(zhuǎn)變成預(yù)想的三維結(jié)構(gòu)。
這種從二維到三維的轉(zhuǎn)變是通過改變局部的高斯曲率實現(xiàn)的。高斯曲率既反映了面內(nèi)的距離／角度，也可以決定曲面在三維世界的形狀。平面的高斯曲率是0，三角形內(nèi)角和180度；球面的高斯曲率大于零，三角形內(nèi)角和大于180度；馬鞍面高斯曲率小于0，三角形內(nèi)角和小于180度。
原始的熱縮片（Shrinky Dinks ） 在收縮時，因其收縮是均勻的，高斯曲率并不改變，收縮完依然是平面。當(dāng)ShrinkyDinks被貼上紙板時，局部的收縮受到限制（紙板不能收縮）。這種不均勻的收縮會改變曲面的高斯曲率，從而導(dǎo)致熱縮片（Shrinky Dinks ）轉(zhuǎn)變成一個三維曲面。值得注意的是，這種轉(zhuǎn)變可以通過紙片的排列方式來控制。這里，紙片的排列遵循折紙（origami／kirigami）的規(guī)則，因此變形可以通過折痕來控制。
用這種方法，他們可以得到簡單的椎體，柱體，也可以得到一些復(fù)雜的三維陣列。
全文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201802768
來源：高分子科學(xué)前沿
展開 波音先進(jìn)復(fù)合材料飛機(jī)螺栓型緊固件簡介
在以前的飛機(jī)上，大多數(shù)應(yīng)用于商用飛機(jī)的復(fù)合材料作用于次要結(jié)構(gòu)，一般用松配合孔安裝在金屬結(jié)構(gòu)上，其性能不足以承受重大軸向載荷。對于這些結(jié)構(gòu)，由于其典型的薄片外形應(yīng)用而不能依靠緊固件傳遞載荷。
隨著先進(jìn)復(fù)合材料作為主要結(jié)構(gòu)件在現(xiàn)代飛機(jī)尾翼和地板梁上的使用，新型飛機(jī)上更多復(fù)合材料接頭需要用機(jī)械性緊固件來承受更大的載荷，同時，機(jī)械固定的復(fù)合接頭承受的飛機(jī)內(nèi)載荷變的越來越多。這樣，就給了螺栓型緊固件更多的用武之地。下文就先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)所使用的幾種典型螺栓型緊固件做一個大概的介紹。
鎖螺栓：
鎖螺栓鎖緊銷柱上有凹槽被切斷到桿上面或者包裹在桿上面.鎖螺帽沒有凹槽但是當(dāng)被用力旋到銷柱上時，銷柱的一部分就會在裝配中脫落，控制安裝時的力量（扭矩），安裝鎖螺栓時需要特殊工具。在復(fù)合材料上用的鎖螺栓由特殊的防護(hù)材料。為防止腐蝕，鎖螺帽不用鋁合金制作，為減少接觸應(yīng)力，有一個法蘭安裝在復(fù)合材料上。其銷柱上安裝時脫落的部分也是為了考慮減少接觸應(yīng)力而做的設(shè)計。鎖螺栓的安裝快速又方便，但是需要開闊的接近部件的空間，當(dāng)接近困難時，需要用其它形式的緊固件。
HI-LOK螺栓：
HI-LOK螺栓有線狀螺紋。它的鎖螺帽也有線狀螺紋。安裝壓力受控于鎖螺帽的凹槽，這部分在安裝過程中會被螺桿鎖定機(jī)構(gòu)剪切掉。在復(fù)合材料的應(yīng)用中，它和鎖螺栓相似有防護(hù)，，鎖螺帽不用鋁合金制作，為減少接觸應(yīng)力，有一個法蘭安裝在復(fù)合材料上。特定的動力工具需要在HI-LOK螺栓安裝中用到，六角鍵和標(biāo)準(zhǔn)的扳手也可以用來手工安裝。
Eddie 螺栓：
Eddie 螺栓的螺柱上也由線狀螺紋。其螺栓一部分的螺紋被機(jī)加工形成3個凹槽。當(dāng)鎖螺帽安裝時鎖螺帽上的圓形突出部分旋進(jìn)凹槽中，旋轉(zhuǎn)模提供了機(jī)械鎖緊，并控制了鎖螺帽的扭矩。
展開 
《先進(jìn)材料》中美合作實現(xiàn)獨立三維細(xì)微觀結(jié)構(gòu)，電子器件及形狀可編輯的智能系統(tǒng)
然而，受成型三維結(jié)構(gòu)尺寸及材料種類的限制，現(xiàn)有三維微結(jié)構(gòu)的制備、組裝方法難以滿足當(dāng)前三維微器件的快速發(fā)展需求。2015年《科學(xué)》的一篇封面論文報道了一種基于力學(xué)引導(dǎo)的三維屈曲組裝方法，依托一個預(yù)拉伸的彈性基底作為組裝平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)不同材料（金屬、聚合物、硅等）的跨尺度（微米至厘米）三維結(jié)構(gòu)組裝，為解決上述問題提供了一種新的途徑。不過，該方法需要克服的一個挑戰(zhàn)是如何將形成的三維微結(jié)構(gòu)與彈性基底分開并獨立存在，因為基底的存在很大程度上限制了該方法在機(jī)器人，生物醫(yī)療器件等領(lǐng)域中的應(yīng)用。
近日，美國西北大學(xué)約翰?羅杰斯（John A. Rogers）課題組與清華大學(xué)航天航空學(xué)院張一慧課題組合作在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）期刊上發(fā)表了題為Freestanding 3D Mesostructures, Functional Devices, and Shape‐Programmable Systems Based on Mechanically Induced Assembly with Shape Memory Polymers的研究論文。該成果原創(chuàng)性地提出了基于力學(xué)引導(dǎo)三維組裝，利用形狀記憶聚合物（SMP）的固形特性來制備獨立三維微觀結(jié)構(gòu)及器件的新方法。該方法成功地實現(xiàn)了獨立的跨尺度多功能三維結(jié)構(gòu)及器件，為三維微觀結(jié)構(gòu)在未來多領(lǐng)域的應(yīng)用提供了一條新途徑。
該研究團(tuán)隊首先闡述了利用力學(xué)引導(dǎo)的三維屈曲組裝方法制備多尺度三維形狀記憶聚合物（SMP）結(jié)構(gòu)的可行性。如圖一所示，該研究團(tuán)隊制作了蝴蝶，章魚，螺旋結(jié)構(gòu)等十多種從微米到厘米尺度的三維SMP結(jié)構(gòu)，這些三維 SMP結(jié)構(gòu)的大小，特征尺寸，以及厚度分別達(dá)到500微米，10微米和5微米，超過了已經(jīng)報道的三維 SMP結(jié)構(gòu)所能達(dá)到的尺度范圍。
展開 “十三五”科技創(chuàng)新規(guī)劃發(fā)布 大力發(fā)展復(fù)合材料新技術(shù)
圍繞重點基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和國防建設(shè)對新材料的重大需求，加快新材料技術(shù)突破和應(yīng)用。發(fā)展先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料技術(shù)，重點是高溫合金、高品質(zhì)特殊鋼、先進(jìn)輕合金、特種工程塑料、高性能纖維及復(fù)合材料、特種玻璃與陶瓷等技術(shù)及應(yīng)用。發(fā)展先進(jìn)功能材料技術(shù)，重點是第三代半導(dǎo)體材料、納米材料、新能源材料、印刷顯示與激光顯示材料、智能/仿生/超材料、高溫超導(dǎo)材料、稀土新材料、膜分離材料、新型生物醫(yī)用材料、生態(tài)環(huán)境材料等技術(shù)及應(yīng)用。發(fā)展變革性的材料研發(fā)與綠色制造新技術(shù)，重點是材料基因工程關(guān)鍵技術(shù)與支撐平臺，短流程、近終形、高能效、低排放為特征的材料綠色制造技術(shù)及工程應(yīng)用。
新材料技術(shù)
1.重點基礎(chǔ)材料。著力解決基礎(chǔ)材料產(chǎn)品同質(zhì)化、低值化，環(huán)境負(fù)荷重、能源效率低、資源瓶頸制約等重大共性問題，突破基礎(chǔ)材料的設(shè)計開發(fā)、制造流程、工藝優(yōu)化及智能化綠色化改造等關(guān)鍵技術(shù)和國產(chǎn)化裝備，開展先進(jìn)生產(chǎn)示范。
2.先進(jìn)電子材料。以第三代半導(dǎo)體材料與半導(dǎo)體照明、新型顯示為核心，以大功率激光材料與器件、高端光電子與微電子材料為重點，推動跨界技術(shù)整合，搶占先進(jìn)電子材料技術(shù)的制高點。
3.材料基因工程。構(gòu)建高通量計算、高通量實驗和專用數(shù)據(jù)庫三大平臺，研發(fā)多層次跨尺度設(shè)計、高通量制備、高通量表征與服役評價、材料大數(shù)據(jù)四大關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)新材料研發(fā)由傳統(tǒng)的“經(jīng)驗指導(dǎo)實驗”模式向“理論預(yù)測、實驗驗證”新模式轉(zhuǎn)變，在五類典型新材料的應(yīng)用示范上取得突破，實現(xiàn)新材料研發(fā)周期縮短一半、研發(fā)成本降低一半的目標(biāo)。
4.納米材料與器件。研發(fā)新型納米功能材料、納米光電器件及集成系統(tǒng)、納米生物醫(yī)用材料、納米藥物、納米能源材料與器件、納米環(huán)境材料、納米安全與檢測技術(shù)等，突破納米材料宏量制備及器件加工的關(guān)鍵技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)示范應(yīng)用。
5.先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料。
展開 美國宇航局先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)之3D打印碳纖維復(fù)合材料
技術(shù)優(yōu)勢
高溫性能：NASA的熱固性聚酰亞胺復(fù)合材料在極高溫度（超過300°C）下仍能保持機(jī)械性能。
高性能復(fù)雜3D部件的易生產(chǎn)性：需要高溫應(yīng)用的復(fù)雜結(jié)構(gòu)物體可以通過常規(guī)SLS設(shè)備進(jìn)行3D打印。
制件輕量化：RTM370復(fù)合材料制成的部件比金屬部件輕30%。
清潔環(huán)保：RTM370采用無溶劑生產(chǎn)工藝，不會產(chǎn)生任何有害的揮發(fā)性化合物。
優(yōu)異的抗沖擊性和焦炭產(chǎn)率：RTM370復(fù)合材料在環(huán)境和高溫下表現(xiàn)出高的抗沖擊性能和優(yōu)異的耐磨性。
文章來源：3D科學(xué)谷
寧波材料所在先進(jìn)氣體傳感材料與傳感器關(guān)鍵技術(shù)方面取得進(jìn)展
https://m.hongyantu.com/goodlist/sz/46023.html
由中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員楊明輝帶領(lǐng)的固體功能材料團(tuán)隊在先進(jìn)氣體傳感材料的研發(fā)與先進(jìn)氣體傳感器設(shè)計方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。通過對材料結(jié)構(gòu)、形貌及組成的設(shè)計，開發(fā)出一系列高性能的氣體傳感材料，包括首次將金屬氮氧化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于氣體傳感材料、首次合成純相Sn3N4材料并應(yīng)用于酒精傳感及多種多殼層中空傳感材料。
團(tuán)隊在研發(fā)高性能傳感材料的基礎(chǔ)上，開發(fā)了多種類型氣體傳感器以滿足不同應(yīng)用環(huán)境，主要包括半導(dǎo)體型、電化學(xué)型、催化燃燒型及光學(xué)型氣體傳感器。團(tuán)隊目前已經(jīng)采用先進(jìn)的制造工藝，開發(fā)了低功耗、小尺寸、高性能的多種氣體傳感器。https://m.hongyantu.com/goodlist/sz/45985.html
基于研制的先進(jìn)氣體傳感器件，固體功能材料團(tuán)隊正在積極研制多場景智能氣體檢/監(jiān)測裝備?！笆覂?nèi)空氣監(jiān)測設(shè)備”面向室內(nèi)典型的污染物進(jìn)行監(jiān)測，主要包括VOCs( 甲醛、苯系物)、顆粒物(PM2.5、PM10) 及臭氧等，實時獲取室內(nèi)空氣質(zhì)量狀況，并及時反饋到空氣凈化裝置?！翱諝赓|(zhì)量微型監(jiān)測站”面向室外空氣污染物的監(jiān)測，主要包括顆粒物(PM2.5、PM10)、NO、CO、SO2及O3。設(shè)備在城市中進(jìn)行網(wǎng)格化布置，并通過無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)及時傳回控制中心，實現(xiàn)對污染源迅速定位，促使人員快速趕赴現(xiàn)場排查原因，對其進(jìn)行緊急處置，盡量將污染所產(chǎn)生的影響降到最低。https://m.hongyantu.com/goodlist/sz/45933.html
本文內(nèi)容轉(zhuǎn)載于寧波材料技術(shù)與工程研究所，轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息，并不代表本人贊同其觀點和對其真實性負(fù)責(zé)。如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問題，請及時與博主聯(lián)系，我們將在第一時間刪除內(nèi)容！
展開 《先進(jìn)材料》國家納米科學(xué)中心專題綜述：抗菌碳納米材料的新進(jìn)展
研究發(fā)現(xiàn)，D-型谷氨酸修飾的石墨烯量子點能夠同細(xì)菌細(xì)胞壁合成中所必需的MurD連接酶高效結(jié)合，通過改變該酶的結(jié)構(gòu)影響其酶活性，從而導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞壁合成受阻，以達(dá)到抗菌目的；相比之下，L-型谷氨酸修飾的石墨烯量子點與MurD結(jié)合力較弱，不會對MurD的蛋白結(jié)構(gòu)和酶活性造成影響，幾乎沒有明顯的抗菌活性。兩種手性石墨烯量子點和MurD結(jié)合作用的分子動力學(xué)理論分析結(jié)果表明D-型谷氨酸修飾的石墨烯量子點與MurD之間的范德華力和氫鍵作用顯著強(qiáng)于L-型谷氨酸修飾的石墨烯量子點，因此導(dǎo)致抗菌活性的差異（Adv. Healthcare Mater. 2017, 6, 1601011）。
手性石墨烯量子點的抗菌活性和抗菌機(jī)制
雖然目前發(fā)現(xiàn)了大量的抗菌碳納米材料，但是在將其轉(zhuǎn)化到實際應(yīng)用的過程中仍面臨諸多問題：大規(guī)模制備方法的匱乏，材料在細(xì)菌中的定位不明確（可能會對抗菌機(jī)制的研究造成阻礙），大多數(shù)材料的選擇性抗菌活性不好。該課題組的前期研究發(fā)現(xiàn)，氮摻雜石墨烯量子點具有優(yōu)異的雙光子熒光性能（Nano Lett. 2013, 13, 2436），動物水平的毒理學(xué)研究表明該材料具有良好的生物相容性（Toxicol. Res. 2015, 4, 270）。借助雙光子熒光等技術(shù)，能更準(zhǔn)確地獲得碳納米材料的細(xì)菌定位信息，有助于抗菌機(jī)制的分析。此外，將氮摻雜石墨烯量子點和傳統(tǒng)的光敏劑結(jié)合可實現(xiàn)雙光子光動力學(xué)反應(yīng)（Chem. Commun. 2018, 54, 715），產(chǎn)生活性氧可用于抗菌。雖然抗菌碳納米材料的發(fā)展面臨種種問題與挑戰(zhàn)，通過借鑒碳納米材料在其它領(lǐng)域尤其是材料合成和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域積累的科研成果，碳納米材料在抗菌應(yīng)用方面存在著廣闊的發(fā)展前景與實際應(yīng)用價值。
展開 Sci.綜述：智能驅(qū)動力學(xué)先進(jìn)結(jié)構(gòu)及其構(gòu)筑原理的最新進(jìn)展
方岱寧院士團(tuán)隊的爆炸毀傷與先進(jìn)防護(hù)結(jié)構(gòu)小組成立于2017年，主要從事先進(jìn)防護(hù)材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計，智能力學(xué)超結(jié)構(gòu)設(shè)計制造等研究。本文通訊作者李營教授主要從事爆炸沖擊與多功能防護(hù)設(shè)計、力學(xué)超結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造等研究，擔(dān)任爆炸科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室研究部主任，中國力學(xué)學(xué)會水中爆炸動力學(xué)組副組長、航天材料標(biāo)準(zhǔn)委員會委員等職務(wù)，獲國家萬人計劃青年拔尖人才、中國科協(xié)青年托舉人才、學(xué)會優(yōu)秀博士論文等等。通訊作者陶然副教授主要從事高性能復(fù)合材料，智能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的制造工藝、力學(xué)設(shè)計和實現(xiàn)等技術(shù)研究。
課題組招收力學(xué)、復(fù)合材料、兵器、機(jī)械、船舶等學(xué)科博士后，待遇從優(yōu)，可面談。郵箱bitliying@bit.edu.cn。
原文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202102662
展開 汽車材料搶先看：AUTO TECH China 2025 廣州國際先進(jìn)汽車材料技術(shù)展覽會即將來襲！
x-oss-process=image/format,jpg/auto-orient,1/interlace,1/resize,p_70/quality,q_90"></p><p class="ql-align-center"><br></p><p><strong>展品豐富，展現(xiàn)前沿技術(shù)</strong></p><p><br></p><p>AUTO TECH China 2025 將展示多種新型汽車材料，展品范圍涵蓋<strong>工程塑料、發(fā)泡材料、復(fù)合材料、輕量化部件、設(shè)計、車身連接技術(shù)等</strong>。其中，高強(qiáng)度、輕量化的碳纖維復(fù)合材料備受矚目，其在新能源汽車車身結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，可有效降低車身重量，提升續(xù)航里程。此外，具備自修復(fù)功能的智能材料也將亮相展會，該材料能大幅提高汽車零部件的使用壽命和安全性，為汽車行業(yè)帶來新的發(fā)展思路。</p><p>除了材料展示，現(xiàn)場還將有眾多先進(jìn)的汽車制造工藝演示。例如，3D 打印技術(shù)在汽車零部件制造中的應(yīng)用，可實現(xiàn)復(fù)雜零部件的快速定制生產(chǎn)，突破傳統(tǒng)制造工藝的限制，提高生產(chǎn)效率和材料利用率。</p><p><br></p><p class="ql-align-center"><img src="https://file.dripcar.cn/news/202505281611446640.jpeg?x-oss-process=image/format,jpg/auto-orient,1/interlace,1/resize,p_70/quality,q_90"></p><p><br></p><p><strong>論壇研討，聚焦行業(yè)熱點</strong></p><p>展會期間，還將舉辦多場高規(guī)格的行業(yè)論壇與研討會。
展開 
先進(jìn)復(fù)合材料的CAE虛擬技術(shù)
國際先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)目前的發(fā)展更傾向于利用虛擬的設(shè)計-制造-驗證一體化環(huán)境，將真實的設(shè)計、制造、材料、驗證、應(yīng)用乃至維修和全壽命管理等諸多環(huán)節(jié)統(tǒng)一起來，從而最大限度地縮短新品研制周期，降低研制成本，提高產(chǎn)品的市場競爭力，在這個過程中，CAE技術(shù)已成為國防工業(yè)創(chuàng)新設(shè)計以及數(shù)字化設(shè)計、制造技術(shù)的核心之一。
以碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為代表的先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)起源于國防領(lǐng)域，同樣，計算機(jī)輔助工程（Computer Aided Engineering，CAE）技術(shù)也起源于國防領(lǐng)域。在我國，航空先進(jìn)復(fù)合材料已有近30年的發(fā)展歷史，這也恰是CAE技術(shù)在我國航空工業(yè)的應(yīng)用歷史?？梢?，先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)與CAE技術(shù)有著天然的內(nèi)在聯(lián)系，事實上，它們之間的本質(zhì)聯(lián)系就是材料工程數(shù)據(jù)體系。
先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
復(fù)合材料技術(shù)是一項具有戰(zhàn)略意義的國防關(guān)鍵技術(shù)，在一定程度上，先進(jìn)復(fù)合材料的研究水平和應(yīng)用程度是一個國家科技發(fā)展水平的代表，特別是在飛機(jī)制造業(yè)，各種先進(jìn)的飛機(jī)無不與先進(jìn)的材料技術(shù)緊密聯(lián)系在一起。以武裝直升機(jī)為例，復(fù)合材料在先進(jìn)武裝直升機(jī)上的用量已高達(dá)50%（重量比）左右，復(fù)合材料 應(yīng)用的部位已從整流罩、地板、整體壁板等次承力結(jié)構(gòu)向旋翼、框、梁等主承力結(jié)構(gòu)方向發(fā)展，其典型代表有NH-90、波音-360、V-22、RAH-66等機(jī)型。
隨著復(fù)合材料在飛機(jī)上應(yīng)用比例的加大，在復(fù)合材料制造領(lǐng)域，先進(jìn)的數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)和計算機(jī)輔助工程技術(shù)等得到了廣泛應(yīng)用。鋪層、下料、浸漬、成型、固化等工序的模擬技術(shù)和CAD/CAM/CAE技術(shù)的運用，大大降低了開發(fā)制造成本，提高了開發(fā)和制造效率。如今復(fù)合材料的制造技術(shù)正朝著自動化、低成本、整體化、數(shù)字化的方向發(fā)展。
在我國，復(fù)合材料技術(shù)還沒有達(dá)到數(shù)字化設(shè)計和制造的程度。
展開 Altair Multiscale Designer如何重塑先進(jìn)材料研發(fā)范式
Altair Multiscale Designer如何重塑先進(jìn)材料研發(fā)范式
在先進(jìn)制造領(lǐng)域，材料始終是創(chuàng)新的核心驅(qū)動力。從航空航天的輕量化復(fù)合材料到海洋工程的耐腐結(jié)構(gòu)材料，再到汽車工業(yè)的短纖維增強(qiáng)塑料部件，材料性能的精準(zhǔn)把控直接決定產(chǎn)品的安全性、可靠性與經(jīng)濟(jì)性。然而，傳統(tǒng)材料研發(fā)模式長期受困于"微觀結(jié)構(gòu)-宏觀性能"的認(rèn)知斷層，物理測試成本高昂、設(shè)計迭代周期漫長、仿真精度不足等痛點，成為制約行業(yè)升級的關(guān)鍵瓶頸。
作為仿真驅(qū)動創(chuàng)新的全球領(lǐng)導(dǎo)者，Altair推出的Multiscale Designer多尺度材料建模與仿真平臺，憑借其對異質(zhì)材料全尺度行為的精準(zhǔn)刻畫能力，徹底打破了這一壁壘。作為深耕Altair產(chǎn)品體系十余年的評測專家，筆者認(rèn)為，這款產(chǎn)品的核心價值不僅在于技術(shù)層面的突破，更在于構(gòu)建了從材料研發(fā)到結(jié)構(gòu)設(shè)計的全流程數(shù)字化鏈路，推動行業(yè)從"經(jīng)驗驅(qū)動"向"模型驅(qū)動"的根本性轉(zhuǎn)變。
專業(yè)評測：三大核心優(yōu)勢重構(gòu)材料仿真邏輯
在眾多材料仿真工具中，Altair Multiscale Designer的差異化優(yōu)勢尤為突出，其核心競爭力集中體現(xiàn)在"全尺度覆蓋、高效率建模、強(qiáng)生態(tài)集成"三大維度，這也是筆者基于大量工程實踐驗證后得出的核心結(jié)論。
首先，全尺度建模能力實現(xiàn)從微觀到宏觀的精準(zhǔn)映射。不同于傳統(tǒng)工具僅聚焦單一尺度的局限性，Multiscale Designer構(gòu)建了微觀（纖維/基體界面）-細(xì)觀（單胞結(jié)構(gòu)）-宏觀（部件結(jié)構(gòu)）的完整仿真鏈路。通過內(nèi)置的參數(shù)化單胞庫，可輕松應(yīng)對連續(xù)纖維、短切纖維、編織復(fù)合材料、蜂窩芯材等多種異質(zhì)材料類型，同時支持用戶自定義單胞模型，精準(zhǔn)表征材料微觀結(jié)構(gòu)與組分交互行為。這種全尺度覆蓋能力，使得仿真結(jié)果能夠真正反映材料的真實性能，避免了傳統(tǒng)宏觀等效模型帶來的精度偏差。
展開 《先進(jìn)材料》具有心跳的閃蝶鱗翅
大藍(lán)閃蝶是一種大型熱帶蝶類，因其具有閃亮的結(jié)構(gòu)色而受到廣泛關(guān)注。這種絢麗的金屬藍(lán)色來源于閃蝶翅膀的鱗片上平行排列的納米脊?fàn)疃鄬臃旨?em>結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠在其光子帶隙中操縱光子的傳播，使閃蝶鱗翅表現(xiàn)出明亮的結(jié)構(gòu)色。許多基于閃蝶鱗翅結(jié)構(gòu)的復(fù)制仿生元件已在光子器件、功能傳感、自清潔表面等領(lǐng)域已經(jīng)有所應(yīng)用，但由于現(xiàn)有納米加工能力和材料的局限性，閃蝶鱗翅的生物醫(yī)學(xué)價值仍未得到探索。
近日，東南大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院趙遠(yuǎn)錦教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組提出了一種基于大藍(lán)閃蝶鱗翅的心臟芯片構(gòu)建方法（如圖1）。該方法利用大藍(lán)閃蝶鱗翅的脊?fàn)罘旨?em>結(jié)構(gòu)的取向誘導(dǎo)性以及鱗翅主要成分幾丁質(zhì)的生物相容性，使組裝其上的心肌細(xì)胞定向生長并恢復(fù)自主跳動。心肌細(xì)胞在周期性跳動過程中的收縮和舒張帶動鱗翅經(jīng)歷同步的彎曲形變，導(dǎo)致鱗翅結(jié)構(gòu)色和光子禁帶產(chǎn)生相應(yīng)變化，從而達(dá)到心肌力學(xué)性能自報告的目的。
圖1 基于大藍(lán)閃蝶鱗翅構(gòu)建心臟芯片示意圖
利用等離子體接枝技術(shù)，使大藍(lán)閃蝶鱗翅表面由超疏水變?yōu)橛H水，以適應(yīng)細(xì)胞培養(yǎng)的需求；通過碳納米管在脊?fàn)?em>結(jié)構(gòu)間隙之間的定向填充，增加鱗翅基底的電傳導(dǎo)效率，提升心肌細(xì)胞的搏動一致性；通過在鱗翅表面覆蓋生物相容性水凝膠薄層，進(jìn)一步提高鱗翅基底的生物相容性（如圖2和圖3）。
圖2 大藍(lán)閃蝶鱗翅基底的處理過程
圖3 用大藍(lán)閃蝶鱗翅基底培養(yǎng)心肌細(xì)胞
由于大藍(lán)閃蝶鱗翅基底經(jīng)過處理具有較好的柔性，心肌細(xì)胞在自主收縮時帶動鱗翅基底產(chǎn)生周期性彎曲。利用鱗翅結(jié)構(gòu)色的角度依賴性，在固定觀察位置記錄不同彎曲角度下鱗翅的結(jié)構(gòu)色光譜位置，可以直觀的反映心肌細(xì)胞的跳動頻率和產(chǎn)生收縮力的大小（如圖4所示）。
圖4 心肌細(xì)胞驅(qū)動的大藍(lán)閃蝶鱗翅基底變色過程
基于這種直觀的顏色或光譜變化，大藍(lán)閃蝶鱗翅基底可以用作心臟藥物的評估和篩選。
展開 先進(jìn)復(fù)合材料簡介（圖片很美）
Advanced Composite Materials.pdf
