5-7、材料基因工程在航空航天材料中的示例与标准化研究
王毅，唐斌，王军，寇宏超，周峰，刘维民*，李金山*
西北工业大学，西安，陕西，710072
摘要：近年来，随着计算机技术的发展，集成计算材料设计通过跨尺度和多学科交叉融合在数据库的建立、新材料设计和关键部件研发方面取得了众多原创性的成果，同时也促进了计算材料学在材料科学研究领域的全面发展。材料基因工程计划的提出，为科学家和工程师们进行材料研究和制造提供一套全新的专业数据分享和分析的基础设施和知识库。其中包含材料基本性质的“材料数据库模块”将是该计划实施和完善的关键。基于密度泛函理论的第一原理计算正在成为该模块中的一项关键技术，它不仅能够为物理现象提供深刻的理解，还能够定量的预测单个相的热力学、动力学和力学性质1。本文一方面详细介绍了材料物性基本模块应用于新型轻质高强合金2-4和高温合金5,6的研发过程的示例研究进展，系统地阐明材料数据库中合金的结构遗传与转变7、弹性8、塑性9,10、晶界11、堆垛层错3,10,12、反相畴界6、硬度4,9,13、抗蠕变性能等基本性质在新型合金的设计及其使役性能预测方面的重要作用。
另一方面，“数据”是“知识型”生产的“原料”，不同“数据的集合”构成了格式和功能各异“数据库平台”即“数据工厂”。中国“新一代智能制造”和“材料基因工程”的融合和实施，为实现知识型工作的自动化和工业生产的“信息化-网络化-智能化”升级提供了重要的发展契机。然而，如何实现数据的实时采集、存储和共享，进而实现“研发-生产-应用”全链条智能追踪仍未凾待解决的一个技术难题。本文基于材料基因组学的初步研究，利用“数字编码”和“数字孪生”技术，浅谈数据库的框架和数据标识系统（标准）的建设方案。从数据产生和数据应用两个维度对材料基因工程中数据库框架、数据标识和标准化方面进行介绍。努力建立编码科学、安全可控、体系互通、身份唯一和端口开放的数据编码标准和技术体系，将为材料基因组材料数据存储、管理、应用以及CSTM团体标准扩展技术方案提供支撑，实现相关技术在航空钛合金、航空润滑材料和轨道交通重大工程装备中的应用示范。
以上工作得到了材料基因工程关键技术与支撑平台项目“航空用先进钛基合金集成计算设计与制备“和“润滑材料的基因组学研究与演示验证”的资助。
关键词：数据库，数据编码，数字孪生，钛合金；高温合金
通讯作者：刘维民， Email: wmliu@nwpu.edu.cn; 李金山， Email: ljsh@nwpu.edu.cn
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DOI:10.12110/secondfmge.20181014.507
西北工业大学材料学院副教授，博士生导师。主要从事基于材料基因工程(MGE)材料物性数据库的“集成计算材料工程（ICME）”研究。2009年国家公派由北京科技大学赴美国宾夕法尼亚州立大学攻读学位，并获得硕士（2012）和博士学位（2013），导师为Zi-Kui Liu教授。作为项目骨干参加MGE关键技术与支撑平台项目“航空用先进钛基合金集成计算设计与制备”和“润滑材料的基因组学研究与演示验证”部分工作，主持中车唐车资助的ICME应用示范项目1项。