中新網12月4日電 據中國國防科技信息網報道,美國空軍與美國能源部阿貢國家實驗室、大學和工業界合作,通過創建一個新的工程設計模式來提高飛機的安全性和燃油效率,確保其保持在全球安全領域的最前沿。來自於空軍研究實驗室(AFRL)、阿貢國家實驗室的先進光子源部門、能源部勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室、卡內基·梅隆大學和脈衝強光公司(PulseRay)等機構的科學家和工程人員共同組成了該項目的研究團隊。
  研究團隊嘗試在晶粒尺度上模擬缺陷和研究材料,以推進飛機等武器系統的設計。傳統的零件設計主要考慮結構物理性能的均勻性,而新的設計過程將進一步考慮材料的微觀結構。通過設計過程的優化,飛機零件的壽命已經得到了顯著提高。
  為了滿足對微觀數據的需求,研究團隊開發出了一種全新的方法,以三維方式實時無損描述材料的微觀結構和晶粒尺度的應力狀態。這是第一次,該團隊在機械測試過程中集成了三個高能量同步加速器X射線技術,分別是採用遠場高能量衍射顯微鏡(HEDM)量化每個晶粒的平均彈性應變和應力張量、採用近場HEDM描述各晶粒內部以及各晶粒之間的晶粒形態和局部晶體學取向、採用微斷層掃描技術追蹤空洞和裂紋的形成和擴展。
  這些獨特的數據集有助於深刻理解變形,同時形成建模工具的開發和驗證的重要基礎。目前,該方法已被用於鎳合金和鈦合金。由於像使用在飛機上的金屬材料的性能具有方向性,通過改變材料的加工條件可以獲得滿足要求的顯微組織,為預期的應力溫度環境提供優化的性能。特定位置的設計已經開始應用於航空業和空軍機群,但因為需要大量的測試程序目前僅限於一小數量的零件。這個方法可以很好地用於增量變化,但限制了像那些用於發動機渦輪盤的革命性的新材料的開發,因為它在數十年的跨度中需要數百萬美元。這些新的微觀結構建模工具可以預測材料的行為,包括可變性和不確定性。隨著建模工具的開發和驗證,工程設計可以通過挖掘材料的性能、安全性和燃油效率的真正潛能而徹底改變。研究人員指出,受這些進步影響的材料的規模經濟預計將達到數十億美元。
  先進光子源(APS,一個大型輻射同步加速器)為團隊提供了可以使用全國唯一的X射線光束線,旨在以原子分辨率在消失界面的原位結構研究中保持零件完整性。該HEXD(高能X射線)光束線在APS的高能X射線和高亮度的滲透力下發揮作用,這種滲透力使得科學家能夠研究小區域。這種組合是完美的,用於測量應變,研究如熱機械變形等極端操作條件下的應力。通過使用這些獨特的工具,以查明在設計和加工中材料的缺陷,科學家們可以獲得所需要的知識以創造新的高性能材料。
  該研究項目資金是由美國國防部和大學撥款委員會提供的。APS的使用是由能源部資助提供的。 (朱洪武)  (原標題:美空軍參與飛機零件設計創新研究 可延壽節能)
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