航空結構材料的案例
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
McNair 3D打印技術旨在生產高度復雜且獨特的結構
CEAD集團3D打印高壓滅菌模具
當前，連續纖維3D打印技術還存在兩個主要問題：一是纖維含量低，且打印層之間的分層可能性高；二是缺乏標準化的連續工具路徑生成商業軟件。未來，隨著這些問題的解決，該技術依托靈活開放、高速高效、低成本且生產完全自動化等優勢，必將會與傳統復合材料制造技術產生競爭。可以預見，隨著該技術的成熟和大規模推廣應用，將進一步促進航空制造業探索以3D打印方式批量生產無人機、復雜航空結構以及制造工裝，開啟航空復合材料發展的新浪潮。
雙機器人連續纖維3D打印機
當前，美歐3D打印技術開發商與機器人制造商已共同開發了一系列先進的連續纖維3D打印設備與制造工藝。面對國外技術飛速發展的勢頭，我國應加強情報跟蹤研判，聯合原材料、機器人、末端執行器、3D打印軟件、傳感器、機器學習、數控系統優勢企業，盡早開發和演示驗證若干系列自主可控的工藝和裝備，形成規模化的制造工藝和裝備產業，支撐我國制造業提高生產效率和質量，以迎接未來航空復合材料結構設計制造面臨的高速、低成本競爭，并滿足未來以無人機為代表的航空裝備低成本大批量按需制造的需求。
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 
直播預告 | Digimat連續纖維增強復合材料與結構疲勞分析
支持及參與的項目涵蓋：航空復合材料結構失效分析、CFRP結構固化回彈評估、SFRP部件沖擊失效及NVH分析等。
航空航天材料的選擇及應用
鋁蜂窩夾芯復合材料的芯材由鋁箔以不同方式膠接，通過拉伸而制成不同規格的蜂窩，芯材的性能主要通過鋁箔的厚度和孔格大小來控制，具有比強度和比剛度高、抗沖擊性能好、減振、透微波、可設計性強等優點，與鉚接結構相比，結構效率可提高15%~30％。蜂窩夾層結構材料可用來制作各種壁板，用于翼面、艙面、艙蓋、地板、發動機護罩、消聲板、隔熱板、衛星星體外殼、拋物面天線、火箭推進劑儲箱箱底等。但是，蜂窩夾層結構復合材料在某些環境中易腐蝕，受沖擊時，蜂窩夾層會發生永久變形，使蜂窩夾層與蒙皮發生分離。
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航空航天用材分析
下表2為美國軍機用結構材料的百分比，總的變化趨勢是復合材料和鈦合金的用量逐漸增多，鋁合金的用量有所下降。
表2 美國軍機用結構材料的百分比
下表3為典型干線飛機用材比例，B787的復合材料占50%，A350的復合材料占52 % ,大量應用復合材料將成為航空航天領域的發展趨勢。復合材料減重效果好，耐損傷、抗腐蝕、耐久性好，適合機敏結構，但是，復合材料成本很高，抗沖擊性能差，無塑性，技術難度增加，可維修性差、再生利用性差。因此，A320neo和B737MAX的復合材料用量并未比A320和B737增加。
展開 OptiStruct結構優化技術在航空結構設計中的應用
OptiStruct結構優化技術在航空結構設計中的應用
作者：Simwe 來源：Altair
“我們對某航空產品支架進行靜態分析，并在此基礎上完成拓撲優化分析。根據優化分析結果對原結構進行修改，對改進后的結構進行靜態分析。結果表明，應用OptiStruct結構優化技術，不僅能夠極大地降低產品的重量，而且對于改善產品的力學性能也具有積極的促進作用。” —— 摘自 2010HTC大會用戶論文
簡介
利用Altair HyperWorks結構優化工具OptiStruct對某航空產品支架進行拓撲優化分析，并結合其強大的前處理軟件HyperMesh、后處理軟件HyperView以及通用仿真分析軟件RADIOSS對優化前后的產品進行分析，從應力、變形、重量等方面對計算結果進行比較、總結。結果表明優化創新設計工具OptiStruct在改善機械產品性能、提高設計工作效率方面具有非常重要的作用，對航空產品設計及優化具有借鑒意義。
挑戰
以有限元法為基礎的結構優化設計工具已經被廣泛而深入地應用到各行各業，在航空航天、汽車、機械等領域取得了大量革命性的成功應用。對于航空產品來說，重量是衡量產品性能一個非常重要的指標。如何降低產品重量，同時提高產品性能成為目前航空設計人員關注的重要問題之一。
慶安集團在進行某航空產品支架的設計中，需要對其結構進行優化設計，以降低產品的重量。
首先應用RADIOSS進行求解，得到支架上最大應力為21.6MPa，且僅出現在支架局部區域，而其余部分應力都較小，如圖3-5所示。
根據以上分析可知，其最大應力遠遠小于材料的屈服強度，進行結構減重的潛力很大。
展開 干貨丨北京航材院：航空發動機樹脂基復合材料的應用
樹脂基復合材料因其比強度比剛度高，可設計性好，阻尼減振性能優異，易于整體化成型等優點已成為新型航空發動機重要的結構材料。本文選取風扇葉片，包容機匣，聲襯和襯套等典型航空發動機部件，,介紹了樹脂基復合材料在國外民用航空發動機的應用狀況。之后論述了樹脂基復合材料在航空發動機結構優化，經濟性，環保性等方面的優勢。基于微納材料混雜技術，3D打印技術和超材料技術分析了航空發動機樹脂基復合材料發展的新趨勢。最后從"設計-材料-工藝-評價"角度就未來樹脂基復合材料在我國民用航空發動機應用發展提出了一些思考。
近些年美國通用電氣公司(USA, general electric company, GE或通用電氣)、美國普拉特·惠特尼公司(USA, pratt & whitney group, P&W或普·惠)、英國羅爾斯·羅伊斯公司(UK, rolls-royce group, R·R或羅·羅)等在樹脂基復合材料發動機部件應用方面取得了較大進展。以普·惠公司為例，1970年首先在JT9D發動機上使用玻璃纖維/環氧樹脂復合材料制備了風扇整流錐。為了進一步減重，1981年采用芳綸纖維/環氧樹脂復合材料制備了JT9D-TR4發動機整流錐。之后樹脂基復合材料被大量應用于普·惠發動機上，如PW4084發動機樹脂傳遞模塑工藝(resin transfer moulding, RTM)制備的碳纖維/環氧樹脂風扇葉片墊塊、PW4168發動機雙馬樹脂復合材料整流罩和碳纖維/環氧樹脂復合材料反推力裝置等短艙部件。圖1中列出了目前國外民用渦扇發動機樹脂基復合材料應用部位、材料體系及制備工藝。
展開 納米復合材料或將成為下一代航空材料
納米復合材料或將成為下一代航空材料
一代材料，一代飛機
1903年，萊特兄弟制造的世界上第一架飛機“飛行者一號”邁出了人類征服空天的第一步，彼時的飛機機體主要由木材和布制成。
20世紀20年代，高強度的鋼和鋁合金逐漸代替了木材，為飛機插上了鋼鐵之翼。
50年代，耐熱性更好的鈦合金開始登上歷史舞臺。
80年代，高性能鋁合金以其輕質高強的特性逐漸獲得人們的青睞，成為飛機機體的主要結構材料。
21世紀，復合材料以其更低的密度、更高的強度以及強大的可設計性等諸多特點開始代替部分傳統材料，大型客機A350和B787上高性能復合材料用量均達到飛機結構用量的50%以上。
未來，航空材料又將走向何方？歐洲最大的飛機制造商——空中客車公司，將目光轉向了納米材料。
納米材料研發
8月31日，空客（北京）工程技術中心與中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所（以下簡稱蘇州納米所）在蘇州舉行了合作簽約儀式，正式成立航空納米材料聯合實驗室，主要合作內容包括航空納米復合材料高導電、高韌性化技術以及在線高精度監測技術開發等。“這是空中客車中國公司在航空納米復合材料領域與中國研究團隊的第一次合作。”空客（北京）工程技術中心總經理程龍說。
蘇州納米所長期專注納米材料研發，在國際上較早開展高性能碳納米纖維與薄膜等材料研發和工程化，其產品性能和產能目前均處于國際先進水平。這與空中客車中國公司在航空先進材料方面的發展規劃高度切合，也為雙方合作奠定了堅實的技術基礎。
“目前飛機上應用最多的復合材料為碳纖維復合材料。
展開 納米復合材料或將成為下一代航空材料
納米復合材料或將成為下一代航空材料
一代材料，一代飛機
1903年，萊特兄弟制造的世界上第一架飛機“飛行者一號”邁出了人類征服空天的第一步，彼時的飛機機體主要由木材和布制成。
20世紀20年代，高強度的鋼和鋁合金逐漸代替了木材，為飛機插上了鋼鐵之翼。
50年代，耐熱性更好的鈦合金開始登上歷史舞臺。
80年代，高性能鋁合金以其輕質高強的特性逐漸獲得人們的青睞，成為飛機機體的主要結構材料。
21世紀，復合材料以其更低的密度、更高的強度以及強大的可設計性等諸多特點開始代替部分傳統材料，大型客機A350和B787上高性能復合材料用量均達到飛機結構用量的50%以上。
未來，航空材料又將走向何方？歐洲最大的飛機制造商——空中客車公司，將目光轉向了納米材料。
納米材料研發
8月31日，空客（北京）工程技術中心與中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所（以下簡稱蘇州納米所）在蘇州舉行了合作簽約儀式，正式成立航空納米材料聯合實驗室，主要合作內容包括航空納米復合材料高導電、高韌性化技術以及在線高精度監測技術開發等。“這是空中客車中國公司在航空納米復合材料領域與中國研究團隊的第一次合作。”空客（北京）工程技術中心總經理程龍說。
蘇州納米所長期專注納米材料研發，在國際上較早開展高性能碳納米纖維與薄膜等材料研發和工程化，其產品性能和產能目前均處于國際先進水平。這與空中客車中國公司在航空先進材料方面的發展規劃高度切合，也為雙方合作奠定了堅實的技術基礎。
“目前飛機上應用最多的復合材料為碳纖維復合材料。
展開 航空航天鋁合金材料發展方向及工藝處理
該系列鋁合金最初是在航空航天的應用背景下研發的，目前已發展成為世界各國軍、民用飛機的主要結構材料，在飛機結構件中占到70-80%比重，并在很多領域替代了昂貴的鈦合金，成為不可缺少的重要輕質結構材料。隨著現代航空航天領域，核工業，交通運輸業的持續發展，對結構件的綜合性能提出了更高的要求，集質輕、高強、高韌、高斷裂韌性、抗應力腐蝕能力于一身的新一代超高強鋁合金無疑是首選方案。
航空航天用鋁合金發展背景及現狀
鋁合金作為一種較為成熟的輕質高強合金材料在航空航天中的使用量巨大，鋁合金材料一般作為結構材料使用，比鋼有更高的比強度和更優異的加工性能。
航空航天領域主要發展高強、高韌性和耐腐蝕性強的鋁合金材料以滿足航空航天嚴苛的使用條件，應用比較多的為2000系和7000系鋁合金，在高強鋁合金的基礎上進行工藝的改良和材料配方的改進，通過粉末冶金、噴射成型等創新的生產工藝發展性能更優異的輕質鋁合金材料，開展鋁基復合材料及超塑性鋁合金材料相關研究。
在輕質高強鋁合金的發展應用過程中，應力腐蝕問題是伴隨鋁合金的整個應用發展史之中的主要問題，如何削弱或延緩高強度鋁合金在使用過程中的應力腐蝕問題，成為鋁合金應用過程中的主要難題。
在航空航天領域應用較多的有2000系鋁合金的主體成分主要是鋁(Al)、銅(Cu)、鎂(Mg)3種元素，7000系的鋁合金主要成分是Al、鋅(Zn)、Mg、Cu元素，還有一些通過加入一些特殊元素獲得的高性能(高強、高韌、耐腐蝕性能)鋁合金材料。
展開 
納米復合材料或將成為下一代航空材料
納米復合材料或將成為下一代航空材料
一代材料，一代飛機
1903年，萊特兄弟制造的世界上第一架飛機“飛行者一號”邁出了人類征服空天的第一步，彼時的飛機機體主要由木材和布制成。
20世紀20年代，高強度的鋼和鋁合金逐漸代替了木材，為飛機插上了鋼鐵之翼。
50年代，耐熱性更好的鈦合金開始登上歷史舞臺。
80年代，高性能鋁合金以其輕質高強的特性逐漸獲得人們的青睞，成為飛機機體的主要結構材料。
21世紀，復合材料以其更低的密度、更高的強度以及強大的可設計性等諸多特點開始代替部分傳統材料，大型客機A350和B787上高性能復合材料用量均達到飛機結構用量的50%以上。
未來，航空材料又將走向何方？歐洲最大的飛機制造商——空中客車公司，將目光轉向了納米材料。
納米材料研發
8月31日，空客（北京）工程技術中心與中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所（以下簡稱蘇州納米所）在蘇州舉行了合作簽約儀式，正式成立航空納米材料聯合實驗室，主要合作內容包括航空納米復合材料高導電、高韌性化技術以及在線高精度監測技術開發等。“這是空中客車中國公司在航空納米復合材料領域與中國研究團隊的第一次合作。”空客（北京）工程技術中心總經理程龍說。
蘇州納米所長期專注納米材料研發，在國際上較早開展高性能碳納米纖維與薄膜等材料研發和工程化，其產品性能和產能目前均處于國際先進水平。這與空中客車中國公司在航空先進材料方面的發展規劃高度切合，也為雙方合作奠定了堅實的技術基礎。
“目前飛機上應用最多的復合材料為碳纖維復合材料。
展開 航空發動機機匣的連接結構設計
人們往往更加重視航空發動機的轉子，轉子包括了風扇/壓氣機、主軸、渦輪等發動機重要且核心零部件，涉及結構、靜強度、高周和低周循環壽命、持久、蠕變、轉子動力學等諸多技術含量較高的學科，而發動機的機匣在那里靜止不動，人們往往忽略了其獨特的重要性，更忽略了機匣設計上的技術難度可能帶來的一系列麻煩的問題。
1、機匣的設計要求
機匣是航空發動機的主要承力件，它與轉子共同形成了發動機氣流通道，其結構和承載情況比較復雜，機匣結構設計的水平，直接影響發動機的氣動性能、可靠性和壽命。一個成功的機匣設計，應能：
1）提供足夠的低循環疲勞壽命；
2）防止高循環疲勞；
3）提供足夠的許用應力；
4）提供足夠的剛度；
5）提供足夠的蠕變壽命并防止屈曲；
6）在總體結構上考慮還需盡量減小機匣的熱變形和與轉子的熱不協調。
7）意外情況下，提供足夠的包容性。
2、機匣的連接結構設計
各類機匣主要包括：進氣機匣、風扇機匣/低壓壓氣機機匣、中介機匣、高壓壓氣機機匣、燃燒室內機匣和外機匣、渦輪機匣、渦輪后機匣、外涵機匣等。
機匣的連接必須保證定位可靠，保證形位公差累計后的支點同軸度，機匣設計最重要的要素之一就是定心方法。常用的定心方法有止口定心、精密螺栓定心、定位銷定心和混合定心方法。
2.1軸向安裝邊結構設計
機匣軸向分段時，機匣之間采用止口定心時，凹止口和凸止口的選擇主要取決于結構、檢驗和裝配的需要，可以考慮將溫度高、線膨脹系數大的零件做成凸止口，保證機匣之間在高溫下的可靠定心。
通常止口定心指的是內止口定心，為了減小機匣內壁面流道上止口結合處的軸向間隙和臺階，可采用外定心止口結構。
展開 【兩刊動態】《材料工程》《航空材料學報》繼續入編北大《中文核心期刊要目總覽》
編輯部兩本期刊《材料工程》《航空材料學報》繼續入編《中文核心期刊要目總覽》2020年版（即第9版）一般工業技術類和金屬學與金屬工藝類核心期刊。衷心感謝各位關注以及幫助兩刊的科研工作者們，也請繼續支持兩刊的工作更上一層樓！
全球復合材料供需基本平衡 航空航天領域成碳纖維復合材料最大應用市場
1、玻璃纖維復合材料需求結構
玻纖具有輕質量、高強度、耐高低溫、耐腐蝕、隔熱、阻燃、吸音、電絕緣等優異性能以及一定程度的可設計性，因此在交通運輸、建筑、電子電器、管道、化工、環保以及國防軍工等領域實現較大規模應用。
在全球玻纖消費市場中，玻纖的主要應用領域集中在建筑、交通運輸、工業應用、電子電氣、新能源等領域，占比分別達32%、28%、21%、11%和8%。
2、碳纖維復合材料需求結構
目前，航空航天領域是碳纖維主要應用領域之一，這主要得益于碳纖維具有質輕、高強度的屬性。碳纖維相對于鋼或鋁，減重效果可以達到20%至40%，在航空航天領域，主要應用于飛機的結構材料（占飛機重量的30%左右），因此綜合來看碳纖維的使用能使飛機重量減輕6%至12%，從而顯著地降低飛機的燃油成本。在航空航天領域，碳纖維最早用于人造衛星的天線和衛星支架的制造，同時因其耐熱耐疲勞的特性，碳纖維在固體火箭發動機殼體和噴管上也得到了廣泛應用。
除航空航天領域以外，碳纖維復合材料也廣泛應用于體育用品、風電行業、汽車制造、船舶、電子電氣等領域。從需求占比來看，目前航空航天、體育用品、風電行業、汽車制造幾大領域的需求規模占比分別為48%、13%、12%、8%。其他應用領域占比均在5%及以下。
綜上所述，目前，全球復合材料行業供需基本平衡。份地區來看，北美地區復合材料行業產值最高，產業結構高端，而中國大陸地區雖然產值較高，但產業結構較低端。從應用領域來看，玻璃纖維復合材料在建筑、交通運輸、工業應用領域應用廣泛，而碳纖維復合材料在航天航空、體育休閑、風電葉片領域應用廣泛。
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