最近，美国国防高级研究计划局（DARPA）的一项奖项将麻省理工学院（MIT）、卡内基梅隆大学（CMU）和莱斯大学（原文为Lehigh University，在中国通常与美国的莱斯大学对应翻译时可能会产生混淆，这里假设指代正确，实际应译为莱海大学或按具体项目要求可能直接使用英文名）的研究人员聚集在一起。多目标工程与合金结构测试计划(METALS计划)该团队将研究新颖的设计工具，用于同时优化多材料结构中形状和成分梯度的工具，这些工具将补充新的高通量材料测试技术，并特别关注在涡轮机械（包括喷气和火箭发动机）中常见且具有代表性的叶片盘（整体叶盘）几何形状作为典型的挑战问题。
“这个项目可能对广泛的航空航天技术产生重要影响。这项工作的见解可能会使更可靠、可重复使用的火箭发动机成为现实，这些发动机将为下一代重型运载火箭提供动力，”麻省理工学院航空航天系（AeroAstro）的Esther and Harold E. Edgerton副教授Zachary Cordero说，并且他是该项目的主要首席研究员。“这个项目结合了经典力学分析与前沿生成AI设计技术，以解锁成分梯度合金的塑性储备，使其能够在以前无法达到的条件下安全运行。”
不同位置的盘轴需要不同的热机械性能和表现，如抗蠕变性、低周疲劳强度、高强度等。大规模生产还要求考虑成本和可持续性的指标，例如合金的采购和回收设计。
科德罗说：“目前，采用标准的制造和设计流程，必须为每一个零部件确定一种单一的魔幻材料、成分以及加工参数，以满足‘一个零件对应一种材料’的要求。”“所需的属性往往彼此相互排斥，导致了低效的设计权衡和妥协。”
虽然单一材料的方法可能对组件中的某个位置是最优的，但它可能会使其他位置暴露于失效的风险之中，或者需要在整个部件中携带关键材料，而这些材料仅在特定位置才需要。随着基于体素的组成和性能控制的增材制造工艺的迅速发展，团队看到了结构部件实现跨越式性能提升的独特机遇。
科德罗的合作研究人员包括航空航天系的T.威尔森（1953）教授佐尔坦·斯帕科夫斯基；机械工程系的1922届教授兼系主任约翰·哈特；麻省理工学院机械工程领域的ABS职业发展助理教授法兹·艾哈迈德；卡内基梅隆大学材料科学与工程助理教授S.莫阿塞斯·塔赫里-穆萨维；以及莱海大学机械工程与力学副教授娜塔莎·韦尔马克。
团队的专业知识涵盖了混合集成计算材料工程和基于机器学习的材料及工艺设计、精密仪器、计量学、拓扑优化、深度生成模型、增材制造、材料表征、热结构分析以及涡轮机械。
“与研究生和博士后研究人员合作开展METALS项目尤其令人振奋，该项目涵盖了从开发新的计算方法到构建在极端条件下运行的测试装置。”哈特说。“这是一个真正独特的机会，可以建立突破性的能力，这些能力可能会成为未来推进系统的基础，并利用数字设计和制造技术。”
本研究由DARPA通过合同HR00112420303资助。文中表达的观点、意见和/或发现均为作者个人观点，不应被视为代表国防部或美国政府的官方观点或政策，并且不得推断出有任何官方背书。