精品国产乱码久久久久久精东_欧美日韩一区二区在_96堂国产在线观看_经典三级福利在线观看_日本熟妇大屁股中文中出_www.黄片国产精品_国产a一级毛片爽爽影院_国产精品无码免费播放在线观看_日韩精品电影亚洲一区669_中文字幕制服丝袜在线播放專業從事互動視頻

En

DfAM增材設(shè)計(jì):DfAM思維和航空航天“碰撞”出絢麗火花

來(lái)源:馬立敏 發(fā)布時(shí)間:2021 / 10 / 29

航空航天代表著人類科學(xué)技術(shù)的最高水平,也體現(xiàn)著人類設(shè)計(jì)理念的最新動(dòng)態(tài)。通過(guò)增材制造技術(shù)+增材設(shè)計(jì)(DfAM)思維,可以為航空航天帶來(lái)前所未有的設(shè)計(jì)理念。本文通過(guò)幾個(gè)案例,為讀者展現(xiàn)DfAM設(shè)計(jì)思維和航空航天行業(yè)相契合時(shí)所碰撞出來(lái)的火花。


基于DfAM理念的拓?fù)鋬?yōu)化機(jī)翼設(shè)計(jì)


丹麥技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程系副教授 Niels Aage 將一個(gè)27m長(zhǎng)的機(jī)翼劃分為11億個(gè)單元,用8000個(gè)CPU優(yōu)化了5天時(shí)間,終于拓?fù)鋬?yōu)化出來(lái)一個(gè)讓業(yè)內(nèi)一直津津樂(lè)道的作品——拓?fù)鋬?yōu)化的全尺寸機(jī)翼。該成果以《Giga-voxel computational morphogenesis for structural design》為題,發(fā)表于《Nature》雜志。


上圖為基于DfAM理念的拓?fù)鋬?yōu)化機(jī)翼內(nèi)部結(jié)構(gòu)(機(jī)翼的下半部分),以梁結(jié)構(gòu)和類桁架結(jié)構(gòu)為主。



傳統(tǒng)機(jī)翼結(jié)構(gòu)是一種典型的盒段結(jié)構(gòu),由梁、肋、長(zhǎng)桁和蒙皮組成。最外層的蒙皮為非設(shè)計(jì)空間,不做拓?fù)鋬?yōu)化,內(nèi)部所有空間為可設(shè)計(jì)空間。在優(yōu)化時(shí)一般會(huì)把可設(shè)計(jì)空間填充為實(shí)體,拓?fù)鋬?yōu)化過(guò)程也就是去除不需要的材料的過(guò)程。



Niels Aage分析了攻角分別為0°和4°時(shí)2種典型工況的載荷。上圖中a為獨(dú)立計(jì)算攻角0°時(shí)的結(jié)果;b為獨(dú)立計(jì)算攻角4°時(shí)的結(jié)果;c為同時(shí)計(jì)算攻角0°和4°時(shí)的結(jié)果;d為同時(shí)計(jì)算攻角0°和4°及發(fā)動(dòng)機(jī)重量時(shí)的結(jié)果。


與現(xiàn)有的機(jī)翼相比,拓?fù)鋬?yōu)化后的機(jī)翼要輕 2-5% 左右。大約減重200-500kg。



盡管在優(yōu)化時(shí)按照整體27m長(zhǎng)度的結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì),但是受限于當(dāng)前3D打印機(jī)的尺寸限制,作者只是打印了縮比驗(yàn)證部段。


最后作者發(fā)現(xiàn),拓?fù)鋬?yōu)化整體機(jī)翼的內(nèi)部結(jié)構(gòu),與鳥(niǎo)嘴骨骼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有異曲同工之妙。鳥(niǎo)類在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中,優(yōu)化出了既能滿足承受進(jìn)食時(shí)載荷,又適應(yīng)飛行的輕量化骨骼。這個(gè)過(guò)程與拓?fù)鋬?yōu)化機(jī)翼的過(guò)程可謂殊途同歸。


基于DfAM理念的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)


3D打印工藝對(duì)零件復(fù)雜程度不敏感,可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)、中空結(jié)構(gòu)、點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的低成本制造,為設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的輕量化結(jié)構(gòu)提供了制造可行性。


莫納什大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)金屬3D打印設(shè)備和輕量化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路,對(duì)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)零件進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì),在火箭壁內(nèi)填充了點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)不僅能大大降低結(jié)構(gòu)的重量,而且具有良好的防隔熱效果,是未來(lái)3D打印結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一個(gè)非常重要的發(fā)展方向。制造復(fù)雜內(nèi)流道是3D打印的另一個(gè)拿手絕活,3D打印可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)內(nèi)部流道在一定程度上任意變化方向、變化直徑或者變化截面形狀。


GE公司制造的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴嘴在3D打印工業(yè)化進(jìn)程中具有重要的里程碑意義,該產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了年產(chǎn)30000件的目標(biāo),是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的3D打印產(chǎn)品。在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域,Aerojet Rocketdyne公司AR1火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的主噴油嘴也采用了同樣的DfAM設(shè)計(jì)理念。



AR1是一款正在開(kāi)發(fā)中的50萬(wàn)磅推力級(jí)的液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī),其主噴油嘴是使用選擇性激光熔化(SLM)技術(shù)制造的,3D打印被證明能夠以與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比很低的成本快速制造出復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)零部件。僅在主噴射器一項(xiàng),3D打印就把零部件的交貨時(shí)間減少了9個(gè)月,并降低了70%的成本。

基于DfAM理念的全機(jī)一體化設(shè)計(jì)


歐洲飛機(jī)制造商“空中客車(chē)”公司公布基于DfAM設(shè)計(jì)理念的“透明客機(jī)”概念方案。這架充滿夢(mèng)幻色彩的概念飛機(jī)極為復(fù)雜,打破了傳統(tǒng)制造方法的桎梏,從弧形機(jī)身到仿生結(jié)構(gòu),再到能讓乘客一覽藍(lán)天白云的透明蒙皮。根據(jù)空客公司公布的計(jì)劃,這架夢(mèng)幻飛機(jī)將在2050年變成現(xiàn)實(shí),到時(shí)候整個(gè)生產(chǎn)車(chē)間就是一臺(tái)巨型3D打印機(jī),整個(gè)機(jī)身都由3D打印制造。


空客表示透明客機(jī)的機(jī)艙將采用仿生結(jié)構(gòu),模仿鳥(niǎo)骨以提高強(qiáng)度減輕重量,這種結(jié)構(gòu)賦予承力部位更大的比強(qiáng)度。透明艙壁膜用于控制空氣溫度并呈透明狀,讓游客欣賞到全景。


乘客們可以通過(guò)機(jī)艙兩邊以及機(jī)頂360°觀看天空中的景觀

艙壁膜控制空氣溫度同時(shí)呈透明狀,

讓乘客全天候欣賞到美麗的空中景色


透明客機(jī)夜晚飛行時(shí)的景象


乘客可以在互動(dòng)區(qū)玩虛擬高爾夫球


不僅民用飛機(jī)可以如此科幻,戰(zhàn)斗民族的DfAM思維和想象力也可以天馬行空。2019年7月29日,蘇霍伊設(shè)計(jì)局誕生80周年,這家舉世矚目的戰(zhàn)斗機(jī)研發(fā)機(jī)構(gòu)公布了經(jīng)過(guò)DfAM拓?fù)鋬?yōu)化分析后的蘇-57結(jié)構(gòu)模型?!疤K-57”是俄羅斯的第五代戰(zhàn)斗機(jī),該拓?fù)鋬?yōu)化模型很可能代表著蘇-57戰(zhàn)斗機(jī)的終極形態(tài)。


3D打印蘇-57模型


目前,3D打印憑借其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì),正在航空航天行業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式的發(fā)展,過(guò)去依靠傳統(tǒng)制造難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)、輕量化結(jié)構(gòu)、一體化結(jié)構(gòu),在以靈活著稱的3D打印面前不再是問(wèn)題,因此基于增材制造的設(shè)計(jì)(DfAM)思維顯得尤為重要,只有從工藝上、技術(shù)上、思想上、理念上拋棄固有思維的束縛,我們航空航天設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力才能被徹底激發(fā)出來(lái)。