总序

Foreword

一代装备，一代技术。在航空航天领域，复杂零部件制造面临着诸多挑战。减材或等材制造受工艺装备能力的束缚，产品设计优化空间较小、制造不易，特别是机械加工的材料利用率低，制造周期长、成本高，导致航空航天构件设计与制造出现技术瓶颈。应运而生的增材制造是最具代表性的变革性制造技术之一，为突破传统制造技术瓶颈带来新的希望。

增材制造是基于三维模型数据，采用逐层离散与堆积的方式，将材料逐层堆积并结合在一起，最终形成三维实体的制造技术。通过计算机控制，逐层精准堆积，以此构建出复杂的三维结构。增材制造技术可赋予航空航天产品更大的设计空间，激发更多的设计灵感，开启航空航天制造的新纪元。此外，利用增材制造的工艺优势，还可助力研制耐高温、高强韧、耐腐蚀等各具特点的新型金属材料。目前，在航空航天领域，以激光和电子束为热源的增材制造技术体现出明显优势，例如成形快、精度高、机加少、分区成形、随形退火、梯度成形等，可满足航空航天零部件从精密小型传感器到大型复杂结构件的各种制造需求。

基于增材制造技术的显著优势，其在国内航空航天领域的应用日益广泛，收益越发明显。从初期简单的次承力件应用起步，到大型复杂整体构件关键技术突破，再到目前新概念结构件的创新发展，实现了增材制造技术的规模化应用，取得了显著的型号效应、经济效益和社会效益。

《航空航天增材制造技术与应用丛书》的出版恰逢其时。这是一套为航空航天从业者、研究者打造的宝贵知识宝库。

书中既有增材制造基础理论的系统梳理，又囊括了前沿技术在航空航天各细分领域的应用案例，从材料选择、工艺参数优化到质量检测与控制，深入浅出，条理清晰。它有助于航空航天企业工程师快速掌握增材制造技术精髓，推动其在实际生产中的落地，加速产品迭代升级。对于高校师生和科研人员，丛书是开启科研思路、探索创新应用的钥匙，激发更多原创性成果。同时，它对于行业标准制定、质量管控体系的完善也有重要参考价值，为航空航天增材制造产业的规范化、高质量发展提供帮助。

我衷心期待这套丛书能发挥更广泛的作用，助力航空航天领域持续创新发展，让我国增材制造技术持续领航，书写更加壮丽的篇章。

王向明，中国工程院院士。

本书系统性地探讨了连续纤维增强复合材料的增材制造技术，聚焦于其结构设计方法的研究与应用。书中深入分析了非均布连续纤维分布设计策略、拓扑优化方法、多功能复合材料结构设计，以及该技术在航空航天领域的应用潜力。本书通过理论分析与实际案例相结合的方式，全面展示了这一前沿制造技术在高性能工程结构中的巨大潜力和挑战。

本书不仅对现有研究进行了系统总结，也提出了新的设计理念和方法，旨在为复合材料增材制造领域的科研与工程实践提供指导。

目录

第 1 章 绪论

1.1 连续纤维增材制造技术

1.1.1 成形机理

1.1.2 力学性能

1.1.3 成形能力与约束

1.2 连续纤维复合材料结构各向异性拓扑优化与增材制造

1.2.1 理论方法

1.2.2 路径规划与增材制造

1.3 连续纤维增强复合材料点阵结构设计与增材制造

1.3.1 几何设计

1.3.2 优化设计

1.4 应用前景

1.4.1 航空航天

1.4.2 汽车、模具及其他领域

参考文献

第 2 章 连续纤维增强复合材料增材制造工艺与本构方程构建

2.1 连续纤维增强复合材料增材制造工艺

2.1.1 连续纤维增强复合材料增材制造工艺原理

2.1.2 原材料与成形装备

2.1.3 制造约束

2.2 连续纤维增强复合材料增材制造本构方程构建

2.2.1 增材制造连续纤维增强复合材料本构模型

2.2.2 连续纤维增强复合材料增材制造结构性能仿真分析模型

参考文献

第 3 章 非均布连续纤维增强复合材料结构可控设计

3.1 曲线纤维增强变刚度结构

3.1.1 曲线纤维增强变刚度结构设计

3.1.2 曲线纤维增强变刚度结构增材制造

3.1.3 曲线纤维增强变刚度结构的性能演化规律

3.1.4 曲线纤维增强变刚度拉杆结构设计与验证

3.2 连续纤维增强复合材料蜂窝结构

3.2.1 连续纤维增强复合材料蜂窝结构增材制造方法

3.2.2 连续纤维增强复合材料蜂窝结构仿生设计与性能

3.3 连续纤维增强复合材料回转结构

3.3.1 连续纤维增强复合材料回转结构增材制造工艺原理

3.3.2 回转蒙皮结构设计与性能

3.3.3 回转加筋结构设计与性能

参考文献

第 4 章 连续纤维增强复合材料结构拓扑优化

4.1 连续纤维增强复合材料拓扑优化策略

4.1.1 增材制造纤维分布调控方法

4.1.2 连续纤维增强复合材料结构拓扑优化与增材制造流程

4.2 连续纤维多尺度拓扑结构优化

4.2.1 纤维取向与拓扑结构并行设计

4.2.2 拓扑优化结构可变纤维含量渐进设计

4.2.3 纤维取向优化与纤维含量设计结果及影响

4.2.4 连续纤维多尺度拓扑结构增材制造与性能评价

4.3 连续纤维点阵结构拓扑优化

4.3.1 连续纤维单胞力学性能表征

4.3.2 连续纤维点阵结构多尺度优化

4.3.3 纤维单胞优化设计结果及影响

4.3.4 连续纤维拓扑点阵结构增材制造与性能评价

参考文献

第 5 章 多功能复合材料结构设计与增材制造

5.1 吸波承载复合材料结构

5.1.1 设计策略与材料体系构建

5.1.2 吸波承载复合材料力学性能

5.1.3 吸波承载复合材料吸波性能

5.2 变形承载复合材料结构

5.2.1 连续纤维增强复合材料 4D 打印机理

5.2.2 基于纤维可控偏置的可控变形研究

5.2.3 具有承载功能的可控变形结构

5.3 复合材料天线网面结构

5.3.1 天线网面结构构型设计

5.3.2 天线网面结构制造方法

5.3.3 天线网面结构电磁性能

参考文献

第 6 章 连续纤维典型结构增材制造验证

6.1 卫星支撑臂回转夹芯连续纤维臂杆

6.1.1 应用对象与载荷条件

6.1.2 卫星支撑臂臂杆设计

6.1.3 大尺寸连续纤维臂杆制造验证

6.2 轻量化连续纤维无人机承力结构

6.2.1 螺旋翼无人机框架

6.2.2 固定翼无人机机翼

参考文献