2023年美国武器装备数字化转型建设进展分析

随着大国博弈日趋加剧,国际局势不稳定因素持续增多。新形势下,数字化转型是武器装备军事变革的重要保证,是应对全智能化技术条件下打赢未来战争的重要环节。2023年美国持续开展并强化武器装备数字转型建设,以确保其持久的军事竞争优势。本文通过对美国的顶层战略、软件设施建设等进行研究分析,从数字基础建设、模型构建及关键技术等方面,提出了推进我军装备软件数字转型的具体措施建议。

数字主线与数字孪生技术发展及在复杂产品研制中的应用

随着数字仿真等信息技术的发展,数字主线与数字孪生作为可以实现物理实体空间与数字虚拟空间的信息智能交互的数字工程技术,已成为复杂产品研制与系统管理控制领域的研究热点,也是下一代工业生产制造智能化转型发展的重要方向。为更好地理解该项技术并扩展其在复杂产品研制中的应用,介绍基于复杂产品系统全寿命周期背景下的数字主线和数字孪生技术的相关基本概念,梳理数字主线和数字孪生技术的发展现状。在此基础之上,重点分析这项技术在产品设计与分析阶段、生产与验证阶段以及管理与保障阶段的制造全寿命周期中的实际应用,以期为武器装备数字化研制提供一定的理论参考和借鉴。

数字化工程环境下复杂产品技术状态管理架构优化

复杂产品研制生产是不断迭代且数据庞大的系统工程,而技术状态管理则是复杂产品设计研制的关键因素之一。以复杂产品为研究对象,梳理了传统技术状态管理体系架构的现状与特点。在此基础上,针对基于数字化环境的特点,构建了复杂产品管理以及技术状态管理的总体框架,并对技术状态管理中的分项目实施路径进行了详细说明,为数字化工程环境下复杂产品技术状态管理的进一步发展与优化提供了思路与参考。

加快推进装备数字化转型发展建设的启示

近年来,美国通过数字工程持续引领其武器装备数字化建设与发展,建立了一种自上而下、覆盖全寿命周期的数字工程生态系统,极大提升了生命周期各阶段的分析能力和决策水平。为持续完善与强化我国武器装备数字化系统工程建设,构筑国家竞争新优势,建议完善顶层设计统筹与规划,优化数字化转型发展环境与数字化网络协同环境,提升基于模型的系统工程等数字化手段与工具应用,加大国产化软硬件研发与投入,以数字化为军工赋能,提升数智化研发、智能化制造和精益化管理能力,加快形成全寿期、全业务域、全产业链、全要素的数字化军工体系。

变形态Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金热处理微观组织演变规律与硬度研究

热处理是提升变形稀土镁合金综合力学性能的常用方法,探明合理的工艺参数,掌握合金组织与性能演变规律是需要解决的关键问题。研究了固溶与时效处理对变形态Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金微观组织与硬度的影响,实验结果表明:原始变形态合金主要由α-Mg基体、破碎的块状14H-LPSO相与β-Mg 5(Gd,Y,Zn)组成;经过固溶处理后,合金组织中块状LPSO相溶于基体,体积分数减小,并析出片层状LPSO相,最佳固溶处理制度为520℃×16 h,合金硬度为94.50 HV;200℃下的合金峰时效保温时间为32 h,硬度为120.35 HV,欠时效析出相为β″相,峰时效析出相为β′相,过时效析出相为稳定的β-Mg 5(Gd,Y,Zn)相。

国际空间资源开发与利用现状及趋势研究

近年来,作为提升国家基础创新能力、丰富人类认知、拓展人类生存空间的重要领域,太空持续受到主要航天国家的高度关注,各国纷纷制定太空政策,加强对空间探索的战略部署,尤其是对提升深空探测技术创新和空间资源开发利用的投入。但目前来看,空间资源开发处于“窗口期”,太空军事化趋势明显,空间资源“争夺”日趋白热化。随着越来越多的国家和组织进入太空领域,我国太空力量建设、空间资源开发与利用面临严峻复杂形势。

热等静压TC4粉末体热压缩变形组织演变规律

针对热等静压工艺制备的Ti-6Al-4V合金,利用Gleeble-1500热模拟机进行高温热压缩变形试验,结合OM组织观察研究热变形温度为850~1 050℃与变形速率为0.001~5 s-1对该合金热变形组织的影响规律。结果表明:单道次变形时,当温度在900℃及以下,层片状α相发生球化或动态再结晶,得到均匀等轴的细小组织;高于950℃时,变形后淬火组织由均匀等轴β晶粒与板条马氏体组成,晶粒内有交叉排列的短片层α相;在950℃以下,随着应变速率增大,动态再结晶体积分数降低,晶粒内α相细化,当应变速率过大时,变形后组织以拉长的未再结晶粗大β晶粒为主;相较单道次变形,3道次变形中每一道次变形量较小,低应变速率下再结晶组织易粗大化,随着应变速率的增大,再结晶组织不均匀分布。

基于元模型的复杂产品虚拟样机建模方法研究

新技术环境下复杂产品对数字化设计质量的要求不断提升,需要进一步提高建模的质量和效率,解决复杂产品虚拟样机多学科模型的一体化信息集成问题,以实现复杂产品系统设计及优化。本文以航天制造领域广泛存在的复杂产品为对象,对元模型、建模方法以及多学科建模过程进行研究与分析,将多学科优化设计与元模型建模方法相结合,建立了复杂产品的虚拟样机元模型,并构建了元模型与学科元模型的转换关系,形成了虚拟样机多学科建模优化设计方案。

均匀化处理对Mg-13Gd-3.5Y-2Zn-0.5Zr镁合金组织和力学性能的影响

对Mg-13Gd-3.5Y-2Zn-0.5Zr镁合金铸锭进行均匀化处理,温度为505～525℃,时间为4～24h,并采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和万能材料试验机等检测手段分析均匀化处理前后合金微观组织和力学性能的变化。结果表明:均匀化处理后,原始组织中网状分布共晶化合物转化成晶界处不连续分布的块状LPSO相,离散分布的方块状富稀土相溶解。力学性能测试显示,铸态镁合金的抗拉强度为172.9MPa,伸长率为1.8%,经过均匀化处理后合金的力学性能得到提高,在515℃/16h均匀化制度下,合金室温抗拉强度为212.3MPa,伸长率为3.1%;在200℃下抗拉强度为237.2MPa,伸长率为9.7%,性能达到最佳。断口扫描显示,铸态合金是以撕裂棱与解理台阶为主的解理脆性断裂,均匀化处理后的合金中出现小而浅的韧窝,但仍然是以解理台阶为主的准解理断裂,塑性提高有限,长程有序相可成为裂纹的萌生源。

加快培育我国航天领域工业软件启示建议

工业软件对于工业发展有着不可估量、不可替代的支撑与提振作用。当前,我国80%的设计软件、50%的制造软件被以美国为首的发达国家垄断。以芯片设计软件(EDA)为例,楷登电子(Cadence)、新思科技(Synopsys)和Mentor 3家美国公司垄断了95%以上的市场份额,且不再向我国提供软件更新和支持。工业软件在航天领域应用广泛,大部分研发设计制造类软件仍依赖进口。笔者通过梳理国外工业软件企业发展培育经验,为加快发展我国航天领域工业软件、早日实现自主可控提供参考借鉴。

热等静压Ti-6Al-4V钛合金热变形微观组织演变

采用Gleeble-1500热模拟试验机对热等静压态Ti-6Al-4V钛合金在温度950～1050℃、应变速率0.01～1 s-1条件下进行了热模拟压缩实验,研究了变形温度、应变速率对其显微组织的影响规律。结果表明:热等静压态Ti-6Al-4V钛合金在950℃以上变形后淬火组织以粗大的声晶粒与针状及板条马氏体组成,具有典型的β相区变形组织特征。β转变组织形成交错的网篮结构并具有特定的取向关系。变形过程中,发生了动态再结晶,并伴随着动态回复现象。在950℃/0.01 s-1条件下,以动态再结晶占据主导,得到均匀等轴β转变组织。随应变速率增大,以动态回复为主,β晶粒沿金属流动方向拉长,β转变组织得到细化。随温度升高,β晶粒变粗大,并仍然存在拉长变形带。同时,β转变组织有一定程度的粗化。

热处理对热等静压态TC4合金及其降温多道次变形微观组织的影响

采用Gleeble-1500D热模拟试验机,在应变速率0.001~5s^-1的条件下对热等静压态(HIPed)TC4合金进行降温多道次热压缩实验,总变形量为70%。HIPed TC4合金采用935℃+60 min+水冷(WQ)固溶处理,分别在520℃+4/6h+水冷/空冷(WQ/AC)和560℃+4/6 h+水冷/空冷(WQ/AC)下进行时效处理;降温多道次变形后HIPed TC4合金分别在945℃+60 min+WQ进行固溶处理和560℃+6 h+WQ进行时效处理。结果表明:HIPed TC4试样组织随着时效温度的升高,板条状次生α相含量减少;而随着时效时间变长,等轴α相逐渐增多,组织主要以次生条状的α相与等轴α为主。降温多道次变形试样,在应变速率为0.1 s^-1时,合金经过950→850℃降温多道次变形后再通过固溶-时效处理,获得了较为理想的三态组织。