航空航天結構件的案例
比鋼強10倍，比鋁高8倍|可用于航空航天結構件的3D打印連續纖維復合材料
陶瓷因為其極佳的耐高溫性能而有可能在未來的航空發動機高溫部件中得到使用；碳纖維則以優秀的比強度、比模量等綜合指標被航空航天工業青睞。
碳纖維相比于金屬材料最明顯的一個優點就是—輕。碳纖維密度一般在1400~2000kg每立方米，經過環氧樹脂強化的碳纖維密度也不過1600kg每立方米而已，遠遠好于金屬材料。
而且這種材料抗拉強度極高，想要拉斷高強度碳纖維材料需要用拉斷同樣橫截面積鋼鐵的力的兩到四倍。
碳纖維（后三行）與金屬材料的對比
另外，碳纖維跟金屬材料不一樣，碳纖維材料并沒有所謂“疲勞強度”的概念，也就是說變化的力對于金屬材料來說是一種威脅，需要重點關注，但是放在碳纖維這里卻不叫什么事情。
上面這些優點對于航空器材可以說是至關重要，因為這些東西是要飛上天的，所以自然是越輕越好，而且像航空發動機這樣的裝置，需要承受巨大、復雜的載荷，工作狀態下零件內部會分布有復雜變化的載荷，有這么一種密度小、強度高、抗疲勞能力強的材料自然是極好的。
碳纖維在航空航天領域的應用非常廣泛，它可以被用來制造火箭的燃料儲藏罐，也可以用來制造飛機的外殼。尤其是現在先進民用客機制造中，碳纖維的使用比例已經超過了50%。
展開 【行業知識】’航空緊固件＆航天緊固件的基本知識
從生活到生產，都離不開被稱為“工業之米”的緊固件。
比如小小的一顆螺絲釘，無論是近在掌上的智能手機還是遠到探索太空的航天器，工業社會處處都有它的身影。
當一顆螺絲釘想去太空翱翔，要經歷怎樣的考驗？
從原材料開始千錘百煉，按最高標準千挑萬選，經過重重工序，一顆小小的螺絲釘才有資格上天。
在中國空間站建設、“嫦娥”探月、“天問”探火等重大工程任務中，中國航天科工航天精工為航天器配套了數以百萬計的緊固件，以“百萬無一失”的標準圓滿完成任務，儼然成為中國緊固件領域的“隱形冠軍”。
小產品，大學問
“同樣尺寸的螺絲釘，宇航級產品比民用級產品輕一半。”航天精工科研人員舉起一枚螺絲釘介紹。
仔細端詳，它是鈦合金材質，外部鍍了一層藍紫色的涂層，像美妝達人的漸變色眼影盤一樣光澤多變。
按應用領域分，緊固件產品可分為民品級緊固件、型號裝備級緊固件和宇航級緊固件三大類。
在能“上天”的緊固件中，最常見的是高強度鉚釘，使用量能達到幾十萬件。
“最重要的是火箭點火起飛的那段時間，一定得撐住。”
展開 航空航天系統工程-載荷和結構
面板點荷載是將剪力、力矩和扭矩轉換為點軸力和壓力，應用于整個結構的理想化表面，即棒材和面板。
這個理想化的表面（包括撐桿、弦桿、肋骨、表皮、框架等）被稱為有限元模型（FEM）。外部荷載作為力（最多三個方向）施加在桿件交接處，或作為壓力施加在面板上。載荷團隊將這些結果，即面板點載荷，輸出給應力分析團隊。然后，應力團隊將面板點載荷應用于有限元分析。輸出是內部載荷、軸向桿件載荷和面板的剪切流。在這一點上，可以開始對結構成員進行詳細的應力分析。
載荷團隊與一些團隊密切合作，特別是空氣動力學穩定性和控制團隊和機體應力分析團隊。這些信息可以分為質量、空氣動力學、幾何學和系統數據。需要大量的空氣動力學數據，這些數據來自風洞試驗或從理論上計算出來的。
航空小組-穩定和控制以及設計和載荷-提供力和壓力系數。
重量組提供集中和分布的質量和重心數據（發動機、起落架和APU是集中質量的例子）。這個數據對于固定面和控制面是需要單獨提供的。重量組還以兩種形式提供這個數據：以磅/英寸為單位的分布式重量和以艙位為單位的總重量。
艙位屬性包括艙位重心。
燃料管理和航電組提供系統參數，如燃料使用計劃、控制面率、自動駕駛儀權限和穩定器調整率。
發動機性能組提供推力和轉速數據。
液壓組提供控制面的運動率。
在計算速率之前，載荷組首先向液壓組提供空氣動力鉸鏈矩數據。負荷組的主要客戶是空氣框架應力組、疲勞和損傷容限組以及室內設計組。
展開 拓撲優化技術在航天航空結構增材制造設計中的應用
在航天航空領域，復雜多變的天氣對飛行器的結構設計、材料和制造等提出了更高的要求。迫切需要通過制造技術的創新實現結構的輕量化、結構一體化以及提高產品生命周期性能的制造技術。
增材制造俗稱3D打印，顛覆了傳統制造技術，可以精密地制造出復雜形狀的零件，從而實現了零件"自由制造"。而且相比傳統制造業，產品結構越復雜，增材制造的優勢也越明顯。
無疑，無論是實現輕量化、結構一體化還是以提高產品生命周期性能為目標，設計都發揮著至關重要的作用。本期增材專欄將通過案例展示如何以產品性能驅動為設計導向，實現飛機結構件的優化。
本案例展示了拓撲優化在開放性設計中的分析流程及方法，主要工作可總結為三點：
1、采用拓撲優化方法得到仿生形態的結構構型，以此作為概念構型；
2、基于拓撲優化的結構進行幾何重構，以此作為輕量化設計的初始模型；
3、結合有限元分析對上述重構后的幾何體進行迭代修改，實現輕量化設計。
加快設計與驗證的循環
大型整體鈦合金結構在現代飛機結構中的應用越來越廣泛，同時一些結構具有復雜的形狀或特殊性。傳統制造方法無法滿足航空企業對新型號的快速低成本研制的需求。而增材制造技術可以制造超大、超厚、復雜型腔等特殊結構。
因此，增材制造技術不僅可以滿足航空結構的復雜性要求，還可以降低生產成本并完成定制化的快速生產。增材制造技術實現了設計革命，徹底解放了設計工程師的思維，實現了“所想即所見”。
采用增材制造技術，快速準確地制造并驗證設計思想在飛機關鍵零部件的研制過程中已經發揮了重要的作用。
展開 
LIFT最新項目聚焦航空航天領域輕量化結構
根據美國未來輕量化材料制造（LIFT）創新機構公布的最新一輪技術項目，航空航天領域的潛在應用技術在其中占據了重要比重。在公布的五個制造技術項目中，研究范圍涉及從熱溫氣體成型技術到基于現有理論的自動裝配技術，波音公司將牽頭其中的2個項目，吉凱恩航宇技術公司（GKN）負責2個項目，聯合技術公司（UTC）負責另外1個項目。項目經費主要來自政府和工業界，資金總額將超過650萬美元。
在一個總價值187萬美元的項目中，由吉凱恩公司領導的團隊將開發一種熔融金屬氣體輔助成型技術和預測分析建模能力，其目標是提高復雜輕質成型零部件的尺寸精度和機械性能。
同樣由吉凱恩公司領銜，聯合技術公司（UTC）、洛克希德·馬丁公司和意大利柯馬公司聯合參與的一項總價值145萬美元的項目，將論證利用金屬薄板自動焊接工藝制成復雜結構的能力。LIFT表示，復雜金屬薄板結構的自動焊接工藝已經被認為是非常困難的。該項目還將開發一種全自動機器人鎢電極惰性氣體保護焊功能，其中的參數可以沿著接頭長度連續調節，以調整適應多變的臨時裝置。
兩個新的輕量化材料制造創新項目涉及輕型航空航天結構的攪拌摩擦焊工藝。
由波音公司牽頭實施的一項耗資88.1萬美元的項目，將與吉凱恩公司和MTI公司合作，推進密封接頭攪拌摩擦焊，這種工藝的進步將有可能取代真空釬焊或密封劑和粘合劑。波音公司的另一個項目，總價值144萬美元，吉凱恩公司和Materion公司將予以支持，三家公司將合作把攪拌摩擦焊工藝的使用范圍擴展至先進的鋁基復合材料中。
（航空工業發展中心 陳濟桁）
展開 海克斯康 | 混響場下的航空航天結構聲振耦合分析，報名開啟>>
<p><strong>海克斯康—混響場下的航空航天結構聲振耦合分析</strong></p><p><strong>演講主題介紹</strong></p><p>常規的結構有限元動力學分析中，混響聲場激勵條件的加載往往較為復雜，甚至難以實現，MSC Nastran和Actran的聯合仿真既利用了MSC Nastran多樣的結構單元類型、高效的計算效率，也利用了Actran方便快捷的聲學激勵加載手段，可以快速完成混響聲場激勵下的聲振耦合分析，可以幫助工程師更準確的評估產品在多種激勵共同作用條件下的結構響應，從而提高產品的可靠性和疲勞耐久性。</p><p><strong>主題亮點</strong></p><div contenteditable="false" width="100%">
1.航空航天領域的聲振耦合分析需求和場景
</div><div contenteditable="false" width="100%">
2.混響聲場激勵的特點
</div><div contenteditable="false" width="100%">
3.MSC Nastran和Actran實現混響聲場下聲振耦合分析的步驟
</div><div contenteditable="false" width="100%">
4.典型案例
</div><p><strong>圍繞演講題目對行業痛點進行介紹</strong></p><p>在航空航天領域中，混響聲場激勵是其機體內部儀器設備的重要振動來源之一，在產品研制階段準確評估和降低這些激勵條件下的振動響應可以有效提高儀器設備的可靠性和使用壽命。在以往的研發過程中，常常因為分析手段的欠缺而僅依靠試驗進行評估，需要消耗大量的人力、物力和時間成本。
展開 （網絡研討會）復合材料結構仿真分析技術在航空航天領域的應用
Samcef Composites在歐洲航空航天業界有著非常廣泛的應用，空客已經采用Samcef Composites做復合材料結構分析有二十余年，基于CAESAM平臺和SAMCEF求解器打造的結構分析平臺ISAMI更是被空客全球及其供應商作為統一的結構分析平臺使用。此外EUROCOPTER、EADS、SAFRAN、DLR、LATECOERE、SONACA、ENSICA、ENS、GE、ALSTOM、CITROEN等眾多全球知名企業也都在采用SAMCEF Composites進行復合材料結構分析，SamcefComposites軟件在復合材料方面的專業性和實用性也得到了廣泛的認可。[/p][p=24, null, left]本次會議中，主講人將結合應用案例，講解復合材料強度分析、經典失效分析、線性、非線性屈曲和后屈曲分析、復合材料層間和層內損傷分析、集成到KBE工具（CAESAM）的復材結構分析平臺、復合材料結構優化、編織和纏繞復合材料分析。
展開 網絡公開課 — 復合材料結構仿真分析技術在航空航天領域的應用
在科技高速發展的今天，隨著新型復合材料被不斷的開發出來，復合材料在航天、航空、汽車、造船、建筑、電子、橋梁、機械、醫療和體育等各行業都得到了廣泛的應用。復合材料有著耐用性、重量輕、耐腐蝕、強度高、低維護等諸多優勢，更向著耐高溫、高伸長率、高韌性和多功能的高性能復合材料發展，同時，由于復合材料具有各向異性、耦合效應、層間剪切等特殊性質，因此復合材料結構的精確仿真，已成為國內外研究的重點和迫切需求。
本次會議中，主講人將結合應用案例，講解復合材料強度分析、經典失效分析、線性、非線性屈曲和后屈曲分析、復合材料層間和層內損傷分析、集成到KBE工具（Caesam）的復材結構分析平臺、復合材料結構優化、編織和纏繞復合材料分析。
時間：2015年9月25日
星期五
上午10:00-11:40
費用：免費
主講人： 葉梟 LMS Samtech 技術工程師
內容安排：
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LMS Samcef Composites復合材料解決方案總體介紹
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Samcef Composites復合材料建模和求解方法介紹
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Samcef Composites復合材料非線性屈曲和后屈曲分析
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Samcef Composites復合材料漸進損傷分析
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Samcef Composites復合材料優化分析
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Caesam復材結構分析客戶定制化開發及在空客的應用
報名鏈接：https://siemensplm-cn.webex.com/siemensplm-cn-sc/onstage/g.php?d=865250111&t=a
展開 航天航空CAE精選資料合集：復合材料、結構分析、噪聲等實例、視頻、文檔、白皮書...
目錄
一、了解航空航天和國防行業的新復合材料趨勢
二、制造網絡安全：數字線程中的數據保護
三、通過創成式設計和先進復合材料重塑航空產品設計
四、探索新一代航空航天設計
五、借助仿真工具，盡早實現飛機系統的虛擬集成
六、飛機結構分析：如何實施飛機結構全局仿真過程
七、降低飛機噪音
課程簡介
一、了解航空航天和國防行業的新復合材料趨勢
（1）航空復合材料
了解航空航天和國防工業設計專家認為至關重要的復合材料新趨勢。通過本白皮書，您還可以了解回彈和制造規劃。
（2）A&D 行業的復合材料趨勢
復合材料對航空航天及國防 (A&D) 行業的重要性日益凸顯。事實上，Tech-Clarity 的“市場復合材料現狀”(Composite State of the Market) 研究表明，如今的 A&D 公司正爭先恐后地改用復合材料，以期減輕重量、提升性能并改善燃油經濟性。該研究還發現，盡管復合材料具有顯著優勢，但出于材料成本的考慮，各大公司應設法對其進行更深入的了解。
二、制造網絡安全：數字線程中的數據保護
應用增材制造技術時，全球的設計人員和制造商都對設計數據的安全性表示關注。Identify3D的這份白皮書討論了增材制造工作流程中，如何共享數字產品數據，以及如何更好地保護這些數據。
使用增材制造技術作為最終制造方法時，通過Identify3D和西門子的產品，您可以確保從設計到制造的整個增材制造數據鏈，以保證數字數據和物理印刷產品的完整性。
展開 9.15-9.18 西安 斯姆勒 | 航空航天機械及電子結構振動、沖擊、碰撞及疲勞壽命數值仿真技術 工程應用培訓
點擊報名：http://jishulink.mikecrm.com/R6ml5ti
結構疲勞，今天聊聊航空發動機限壽件
導讀：本期主題是發動機限壽件，那么什么是限壽件呢？限壽件是指發動機中“其原發失效（Primary failure，不是由于其他零部件或系統的失效而導致的失效，與二次失效相對）可能導致危害性發動機后果的轉子和主要靜子結構件”，包括盤、軸等部件。正因為這些部件的完整性對飛行安全極其重要，對這些部件必須進行壽命設計、制造控制和部件壽命期內的全面管理，世界各國民航管理部門都在適航條例中做出了壽命控制的相關規定。而這種規定是怎么來的，具體有哪些要求，經歷了什么樣的變化，核心要求又是什么？今天，我們就來給大家分享我們的認識。
什么是機械的結構疲勞，它有多可怕？
人會疲勞，人有壽命；機械結構也會發生疲勞，也會到壽失效；航空發動機這種機密的機械設備當然無法例外，那么結構疲勞是如何定義的呢？
結構疲勞：指材料在應力或應變的反復作用下發生的性能變化叫做疲勞（參考國際標準化組織（ISO）在1964年發表的報告《金屬疲勞試驗的一般原理》）。
機械結構若受靜力載荷，當載荷較大時，結構一般會發生明顯變形（如頸縮現象），我們能從變形量感知到結構即將破壞，從而可以避免繼續加載使得結構發生斷裂；與靜載荷相比，機械結構在疲勞載荷作用下沒有顯著的變形預警，在累積到某個循環時極有可能突然發生斷裂。（是不是已經被繞暈了？舉個簡單的例子吧：一根鉛絲你一下子掰彎了但不會斷，但是如果你堅持反復掰來掰去，它就會斷的，這就是結構疲勞。）
靜載破壞與疲勞破壞的區別（圖片來自于網絡）
如果這種機械結構是我們飛行旅途中身處的機艙，隨著飛機的起飛和降落，機艙在內外壓差等載荷的循環作用下會不會可能發生疲勞破壞呢？
展開 
航空航天領域的飛行器氣動設計、結構強度與疲勞、燃燒與傳熱、電磁散射（隱身）、軌道動力學 算法特點，及圖形工作站硬件配置推薦
飛行器氣動設計、結構強度與疲勞、燃燒與傳熱、電磁散射（隱身）、軌道動力學直接觸及了航空航天領域仿真的技術核心。作為UltraLAB圖形工作站的廠商，精準把握這些算法的計算特性，是為客戶提供最優硬件解決方案的關鍵。
我將為您逐一解析這五大航空航天仿真領域。
核心結論速覽表
仿真領域核心算法/方法計算特點主要計算平臺備注飛行器氣動設計
計算流體力學 (CFD)
求解大型稀疏矩陣、高內存帶寬、網格規模巨大
CPU多核 ≈ GPU
GPU加速已成主流，尤其在RANS和LES中。CPU用于復雜前處理。
結構強度與疲勞
隱式有限元法
求解大型線性方程組、對內存和CPU頻率敏感
CPU多核為主，CPU單核為輔
CPU是絕對主力，GPU加速正在興起，但成熟度不如CFD。
燃燒與傳熱
CFD + 化學反應動力學
計算密度極高、多物理場強耦合、極大規模
CPU多核集群 >> GPU
傳統上依賴CPU集群，GPU加速是前沿方向，潛力巨大。
展開 生產制造 | 海克斯康NCSIMUL教您如何輕松鎖定旋轉軸
在航空航天結構件、葉輪葉盤、精密模具等大型零部件的五軸數控機床加工中，旋轉軸（A/B/C軸）的鎖定操作十分頻繁。特別是在復雜工件換向、刀具校準、安全暫停等關鍵環節，對旋轉軸鎖定的及時性和準確性要求極高。過去，依賴人工進行旋轉軸機械鎖定，不僅效率低下，還容易因人為因素產生操作誤差，導致加工精度下降。如今，借助輔助代碼（如G代碼、M代碼或PLC指令），即可實現旋轉軸的自動化鎖定。這種創新性的自動化解決方案，顯著提升了生產的自動化水平，大幅縮短系統響應時間，為企業降本增效提供了有力支撐。
然而，五軸數控機床旋轉軸采用代碼鎖定方式，在提升自動化水平和響應速度的同時，也帶來了一系列潛在風險。代碼編寫和輸入過程中，稍有疏忽就會出現錯誤，例如指令參數設置錯誤、代碼邏輯混亂等。這些錯誤可能致使旋轉軸鎖定位置偏差，或在錯誤的時機執行鎖定操作，進而嚴重影響加工精度，甚至造成工件報廢，引發設備故障。
值得一提的是，NCSIMUL軟件憑借強大的功能，可便捷地檢測這些潛在風險。通過模擬運行，提前發現代碼中存在的問題，幫助技術人員及時糾正，避免因代碼錯誤給生產帶來損失。
今天，我們來介紹一下如何快速在NCSIMUL設置旋轉軸鎖定代碼。
1、進入NCSIMUL機床編輯界面，選擇軸參數，勾選軸鎖定功能
2、在鎖定代碼欄中輸入對應代碼
3、在解鎖代碼欄中輸入對應代碼
4、在初始狀態欄中選擇是否解鎖
5、在鎖定/解鎖管理欄中選擇對應狀態，旋轉軸移動報警/旋轉軸代碼報警/旋轉軸代碼后自動解鎖
本期以SIP-7000機床為例，設置A/B旋轉軸鎖定代碼
M86èA軸解鎖
M87èB軸解鎖
M80èA軸鎖定
M81èB軸鎖定
6、詳細操作步驟，請參考以下視頻：
展開 KEXCELLED 3D打印PEEK用于小行星探測器返回艙熱防護系統
與此同時，在24日舉行的2021年中國航天大會主論壇上，中國科學院院士葉培建透露，中國小天體探測任務已經進入工程研制階段，計劃探測地球共軌天體2016HO3和小行星311P。他指出，小天體探測任務是行星探測重大工程的標志性項目，也是中國航天強國建設征程的標志性任務。
3D打印材料廠商KEXCELLED參與了“小型空間樣品返回艙熱防護系統”項目。此系統用于近地軌道科學樣品或小行星采樣返回任務，起到保護返回艙在再入地球的過程中安全著陸作用。創新采用3D打印PEEK結構件，同時作為結構材料和熱燒蝕材料用于20kg級小型返回艙結構。滿足空間使用溫度、真空環境材料脫氣要求，并且能夠經受最大熱流100 W/cm2的苛刻考驗。
“小型空間樣品返回艙熱防護系統”利用PEEK 3D打印技術成本降低了70%，制造時間縮短了90%。采用的高層間結合力PEEK 3D打印線材，層間結合力最高能夠達到水平方向的88%，XY軸拉伸強度達到96MPa，Z軸方向拉伸強度最高達到85MPa。不僅能夠滿足航空航天結構件的要求，在骨科醫療、汽車、消費電子和5G領域也具備廣闊應用市場。
小天體探測任務對于中國的航天意義重大，對于3D打印行業來說，采用3D打印技術來制造返回艙的關鍵部件，既困難，又具有偉大的意義。這將證明國產的3D打印設備和材料，不僅在原型制造上面有相對優勢，在要求最高的航空航天領域的應用也并不落后。
今年的TCT展會，KEXCELLED將在現場展示返回艙的全尺寸工程樣件。
據悉中國的首顆小行星探測器計劃2022年5月在西昌發射。屆時搭載著3D打印返回艙的探測器將展開遙遠的太空之旅，踏足人類從未到過的空間，著陸小行星采集樣本并返回地球。
展開 關于激光跟蹤儀的常見提問及回答
- 在航空航天制造中，用于飛機零部件的加工和裝配。飛機的機翼、機身等大型部件的制造精度要求極高，激光跟蹤儀可以對這些部件進行高精度的測量和定位。比如在機翼蒙皮的安裝過程中，它能夠精確控制蒙皮與機翼骨架的貼合精度，保證飛機的氣動性能。
（2）大型設備安裝與校準
- 對于大型機床的安裝，激光跟蹤儀可以測量機床各軸的直線度、平面度等幾何精度。在港口的大型起重機安裝中，它能夠確保起重機的各個結構部件安裝在正確的位置，保證起重機的安全運行和高效作業。
3、精度影響因素
- 環境因素：溫度、濕度和空氣流動等環境條件對激光跟蹤儀的精度有顯著影響。例如，溫度變化會導致激光的波長發生改變，從而影響距離測量的精度。在高精度測量時，通常需要對環境溫度進行嚴格控制，并且要對測量數據進行溫度補償。
- 反射鏡質量：目標反射鏡的質量也很關鍵。如果反射鏡表面不平整或者反射率不符合要求，會導致激光反射信號不穩定，進而影響角度和距離測量的準確性。
4、如何選擇適合自己需求的激光跟蹤儀？
（1）測量需求
測量范圍：明確需要測量的物體尺寸大小，如小型精密零件、中等尺寸的機械部件或大型的航空航天結構件等。如果是測量大型工件，如飛機機身、大型船舶等，就需要選擇測量范圍大的激光跟蹤儀，單站測量范圍可達數十米甚至上百米。
測量精度：根據測量任務對精度的要求來選擇。對于精密加工、航空航天等對精度要求極高的領域，需要選擇精度達到微米甚至亞微米級的激光跟蹤儀；而在一些普通工業制造中，精度要求相對較低，可以選擇精度在毫米級的儀器。
測量速度：如果是在生產線上進行快速測量，或者需要對運動目標進行實時跟蹤測量，就需要選擇測量速度快、數據更新頻率高的激光跟蹤儀，以滿足高效生產的需求。
展開 