3D打印技术在航空发动机换热器研制中的应用展望

简要介绍了3D打印技术的发展历程和国内外的研究现状,重点介绍了3D打印技术的特点及其应用于航空发动机换热器研制的原因,分析了相关应用实例,最后对3D打印技术的应用前景进行了展望。     

4D打印形状记忆合金研究进展与展望

4D打印主要是指将3D打印技术与智能材料结合制备智能构件的技术。智能构件可以在外界环境刺激下发生形状和性能的变化。形状记忆合金作为一种在外界刺激下可以发生马氏体和奥氏体互相转变而引起形状变化的智能材料,是金属4D打印的主要材料。4D打印形状记忆合金不仅可解决传统加工技术引起的晶粒粗大、杂质含量高、表面质量粗糙等问题,还可实现复杂结构的整体化制造,可加大促进形状记忆合金的应用与发展。综述4D打印NiTi基、Cu基、Fe基和Ni-MnGa基形状记忆合金的成形工艺、微观组织与性能研究进展,对4D打印形状记忆合金的发展进行展望,为4D打印形状记忆合金的研究与应用提供有益参考。     

镁合金消失模铸造充型过程中模样-金属界面行为的研究

通过直接观察充型过程和金属充型速度的标准方差分析技术研究了抽真空条件下镁合金消失模铸造充型过程中模样-金属界面行为。结果表明：在镁合金的浇注温度下,泡沫模样主要熔解为液态产物。在不抽真空时充型过程主要受模样-金属问热解产物的排除控制,金属前沿充型平稳并呈微凸形,充型速度很小并持续降低。然而,在抽真空条件下金属充型更多地受模样-金属界面处模样分解控制,金属前沿极不平稳并呈不规则的凹形,在充型过程中金属的充型速度变化很大并且无明显的规律可循。金属的充型速度随真空度提高而迅速增大,真空度与浇注温度对充型速度的影响具有很强的交互作用;进一步提高真空度,浇注温度成为影响充型过程最重要的因素,而真空度以及真空度与浇注温度的交换作用对充型速度的影响大为减弱。基于以上研究,提出了负压条件下镁合金消失模铸造充型过程中模样-金属界面处模样的热解和热解产物的排除行为模型。     

TPDF-ASOM复合湍流燃烧模型及其检验

先进航空发动机燃烧室设计要求对湍流火焰精确控制，现有模拟方法需提高精度和效率。输运概率密度函数（TPDF）湍流燃烧模型精度高，代数二阶矩（ASOM）湍流燃烧模型计算成本低，类比离散涡模拟思想，基于Da数将湍流燃烧场区分“高精度”和“低成本”2个区域，在输运方程框架下采用随机场TPDF（高精度）和ASOM（低成本）方法重构TPDF-ASOM复合湍流燃烧模型，以提高模拟的整体精度和效率。在大涡模拟（LES）-TPDF程序平台创建ASOM并进一步实现TPDF-ASOM复合湍流燃烧模型，用Flame D实验数据检验所建模型和方法。结果表明：所建模型的预测结果与实验值接近，而且能够兼顾精度和计算效率。     

2.5D机织复合材料悬臂梁振动疲劳实验与有限元模拟

2.5D机织碳纤维增强树脂基复合材料以其在力学性能和复杂构件成型两方面的综合优势，在大涵道比商用涡扇发动机风扇叶片方面具有巨大的应用前景。对发动机风扇叶片来说，振动疲劳是一种不可忽视的工况条件，目前2.5D机织复合材料振动疲劳方面的实验与数值预测模型十分有限。本工作针对一种模拟发动机叶片根部的2.5D机织复合材料悬臂梁结构，建立一阶弯曲振动疲劳行为模拟的多尺度模型，并基于固定周期跳跃的疲劳加载模拟方法，结合主导疲劳失效机制的损伤萌生准则和疲劳刚度退化模型，开展2.5D机织复合材料经、纬向试件振动疲劳实验过程的模拟。基于建立的多尺度模型分析试件危险部位单胞内的应力场，预测经、纬向试件振动疲劳实验后的损伤状态。数值模拟结果与实验后的断口形貌观测结果吻合，验证了本工作提出的2.5D机织复合材料振动疲劳多尺度预测模型的有效性。基于提出的振动疲劳多尺度预测模型，对随着疲劳加载次数累积经向试件工作段单胞内的损伤状态进行了仿真，揭示了2.5D机织复合材料振动疲劳损伤的演化机理。     

3D打印技术在空间站梦天实验舱上的应用

面对梦天实验舱次结构减重需求，提出了面向3D打印技术的次结构拓扑优化设计的方法，完成并掌握了3D打印次结构从设计、工艺、制造、检验等全周期的研制流程。在梦天实验舱发射载荷条件下，通过结构有限元分析及试验验证，对3D打印次结构性能进行了考核。结果表明:在具有一定强度和刚度裕度的前提下，支架减重效果较为明显，面向3D打印技术的次结构拓扑优化设计的方法具有广阔的工程应用前景。     

航空航天用高强度Mg-RE系合金的研究进展

近年来，镁稀土合金由于其高强度、低密度和高温性能良好等特点，在追求轻量化的航空航天产业当中受到越来越多的关注。总结当前主流的2系高强度Mg-RE合金(Mg-Gd和Mg-Y系合金)的性能特点、强化机制和研究进展，简要介绍其他Mg-RE合金的研究情况，最后回顾镁稀土合金在航空航天领域的应用。