面向航空航天的增材制造超材料的研究现状及发展趋势

增材制造(Additive manufacturing,AM)由于分层制造特性,是实现复杂化、整体化、个性化高性能构件成形的有效手段,使设计由面向工艺转变为面向性能,提升了设计自由度,在航空航天等领域存在较大的应用空间。为满足高端装备对构件多性能的要求,结构设计从轻量化拓扑优化设计发展到多物理场耦合的功能结构设计和基于环境激励响应的智能结构设计。其中,多物理场耦合功能超材料的设计与增材制造是当前发展的重要方向。超材料是一种通过宏微跨尺度结构设计展现特殊力学、声学、热学或电磁特性的工程材料。从力学超材料、功能超材料和智能超材料构件等方面阐述了近期航空航天结构设计与增材制造领域的研究进展,对结构创新设计与增材制造的发展趋势进行了总结与展望,并描绘了广阔的应用前景。

吸能的力学超材料设计与增材制造研究现状及趋势

针对航空航天、交通运输等领域对高吸能抗冲击构件的需求,具备超高吸能特性的力学超材料被广泛研究,主要包括晶格、板格、三周期极小曲面和仿生超材料。吸能的力学超材料通常具有极其复杂的空间结构,传统制造工艺难以成形。增材制造(Additive Manufacturing,AM)技术基于离散切片、逐层堆积的原理对构件进行快速成形,具有较高制造自由度,上述技术特点使其成为制造具有复杂微结构吸能的力学超材料的有效途径。系统地综述了吸能的力学超材料设计及其不同增材制造工艺的研究现状,并展望了吸能的力学超材料的设计与增材制造的发展趋势,揭示了仿生智能的可回复设计将成为具备吸能效果的力学超材料设计的发展方向。