胃酸|航空航天系统结构材料研究进展综述（一）胃酸

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江苏激光联盟导读：
自世界上第一架飞机诞生以来，航天飞机的制造改进一直是科学界经久不衰的话题。更快、更轻、更经济的材料一直在研发和改进。
摘要

本文从更好的材料和加工所起作用的角度，考察了飞机和飞机发动机的进展。这些进步包括飞机行业从纯性能驱动型产品，向客户价值驱动型产品相对较新的转型。事实证明，材料和加工技术的进步以及人们对这方面的理解，使得载人、比空气重的飞行开始以来所取得的许多进展成为可能。最近，由客户价值决定的成本约束改变了新材料的引入方式，这些趋势似乎成为飞机和飞机发动机行业的新范式。
虽然本文的重点是飞机和飞机发动机，但更广泛的重点是材料在创建轻质结构中的作用。本文中使用的一些示例，一旦根据成本进行调整，就与汽车应用相关。本文最后简要讨论了这一问题。
1.介绍

在21世纪，成功的航空航天和汽车产品的关键特征是良好的客户价值和最小的环境影响。价值最简单地被认为是从产品中获得的服务，包括初始成本和拥有成本。在这里，所有权成本包括资本成本以及燃料和维护成本。从历史上看，改进的结构材料一直是更好（更高价值）产品的主要促成因素。半个世纪前，更好的表现主要是以表现来衡量的。
今天， “更好”包括已经提到的其他指标。当这些指标被分解为详细的设计要求时，材料仍然是一个关键的促成因素。但导致为新产品选择的材料特征更为复杂，设计师可用的选择也更多。本文试图从定性的角度描述航空航天系统和汽车产品中应用中结构材料的演变，以及材料在创造客户价值中的作用。环境影响也有几个相关方面，包括产品排放、产品制造过程中产生的废水以及处置/回收能力。
运输业最近的一个趋势是，通过创造包含先进结构材料并受益于新制造技术的产品来提高客户价值。目标是通过提高性能、降低拥有成本、延长系统寿命和减少环境影响来创造价值。由材料决定的性能改进通常转化为更高的结构效率，从而降低产品重量。结构效率是材料性能和设计方法的综合结果。例如，刚度受限组件可采用相同的设计包含较高模量的材料，或使用增加截面模量的新设计，或两者兼而有之。飞机上使用的蜂窝结构是增加截面模量设计的一个例子。
引入这种设计的决定会影响材料选择，因为并非所有材料都能制成蜂窝。此外，近年来，因为当水分进入时，芯部容易腐蚀，蜂窝结构已不再受欢迎。这说明了材料选择、可制造性、设计方法和最终产品验收之间的相互作用。出于可靠性需要，性能也必须通过损伤容限标准化。通过提高产品执行预期功能的可行性，提高可靠性，从而增加价值。
由于越来越多的产品需求和越来越多的可用结构材料导致了设计约束的增加，设计师在选择材料以满足特定系统的要求时面临着复杂的选择。各类材料之间的竞争结果也可能与适当产品形式的材料可用性有关，例如铸件、锻件、轧制产品和/或挤压件，以及它们对净形状成形方法的适应性，如超塑性成形、拉伸时效、焊接、铸造和其他制造方法。后一种操作历来被视为材料加工，但很少被视为设计约束。虽然这种表征仍然合适，但将加工视为材料选择的单独考虑因素已不再合适。
符合设计意图的轻质结构已成为所有运输系统的普遍要求，但当前设计和制造方法的复杂性要求结构材料满足更广泛的性能。过去几十年已有许多材料性能的改进，主要与大家对成分、加工、微观结构和性能之间关系的理解增加有关。这种理解来自于技术文献，它为这些关系提供了指南。也来自于工业实验，它提供了关于加工如何影响微观结构和性能的详细信息，但通常是经验信息。整合从两个来源获得的信息有助于取代合金开发的“试错”方法，并缩短了获得预期结果所需的时间。
但进一步的削减是必要的，因为产品设计周期持续缩短，产品发布时的材料准备状态成为“要么接受-要么放弃”的机会窗口。我们认为，缩短材料准备周期的最明显途径是通过开发和使用更精确、更稳健的计算方法。这些方法无疑将包括建模和仿真。这是材料界面临的一个重大挑战，但如果要在未来一代产品中实现材料对竞争产品的持续贡献，就必须解决和克服这一挑战。