2021年11月18日，南极熊获悉，中国工程院2021年院士增选工作于近日完成，共选举产生84位中国工程院院士和20位中国工程院外籍院士。来自中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所的王向明当选中国工程院院士。
△《科学中国人》对王向明院士的报道
据《科学中国人》此前发布的相关资料显示，王向明院士出生于1962年，2005年获得北京航空航天大学工程力学博士学位，研究员、博士生导师，长期从事飞机结构创新设计与制造工作，在开拓隐身战机新概念结构领域、引领飞机增材制造应用方向、创建隐身战机机体快速试制新模式等做出贡献，研究成果是鹘鹰中型四代机研制的基石。获国家技术发明二等奖1项、国家技术发明一等奖1项；省部级一等奖2项、二等奖2项。授权发明专利15件，发表期刊论文32篇、专著3部，国际学术会议报告9次。
现任航空601所项目总设计师，任鹘鹰飞机（歼—31）常务副总设计师、飞行器结构领域唯一国防973技术首席、军委装发部和原总装先进制造专业组委员、新型功能结构航空科技重点实验室主任。享受国务院特殊津贴，荣获航空航天月桂奖（技术先锋奖）、航空报国金奖（3次）和探索发明奖，航空工业一等功、二等功（3次）。被评为辽宁十大创新能手、辽宁省五一奖章、沈阳市劳动模范。培养硕、博研究生21人。
在飞机结构的设计和加工过程中，王向明院士在3D打印领域取得了一系列的研究成果。
王向明介绍说，飞机结构增材制造的应用研究迄今已开展30多年，但应用范围、数量规模仍受局限，国内外仅有几种型号飞机在少量应用，且以次承力件为主，例如波音787、空客A350等。尽管增材制造在控形、控性和工艺装备等方面已取得重大突破，但由于缺少创新设计方法引领，单纯套用锻铸件优势不大，即想用但不太会用；另一方面，缺少性能评定/验证方法支撑，寿命安全说不清，即想用但不太敢用。二者被美国联邦航空局列为增材制造应用技术的主要难点之一。
△王向明院士
早在2003年，王向明就与北京航空航天大学的王华明教授（2015年当选中国工程院院士）开展密切合作，共同为飞机结构件“量身定做”，即常说的设计/制造一体化。
王华明教授率先在钛合金大型复杂主承力件激光熔化沉积控形、控性、装备、标准等方面取得重大突破，而王向明考虑更多的则是如何实现创新设计、确保使用安全，着重解决3D打印面临的“会用、敢用”的问题。
△王华明（左）王向明（右）获中航工业"航空报国金奖"（图源：CAN）
王向明借助在原总装先进制造专业组担任增材制造责任专家的机遇，规划出基于增材制造的大型整体化、构型拓扑化、梯度复合化和功能结构一体化等飞机新概念结构领域，主导系统级技术开发与工程化验证，做前人不敢做的事，开始走上打印奇思妙想的逐梦之旅。
△王向明院士团队发表的部分中文期刊论文
他基于发明的增材熔合连接方法，提出多种增材主承力结构设计方法，即通过增材熔化沉积填充，一边成形、一边连接，将两个构件合并为一个整体，使构件做得更大、更复杂。其中具体包括残余应力临界值仿真预测、离散分区成形、去除残余应力、增材熔合连接，涵盖创新设计、性能评定、工程验证等。与焊接的区别是，突破厚度限制，力学性能与母材相当，近似“无痕”连接。研制出框-梁等多种整体主承力结构，拓展法向复杂承载维度。
针对熔合连接区疲劳特性评定，王向明提出当量应力集中系数法。将熔合连接区内部细观缺陷打包，与母材宏观应力集中当量等效，利用名义应力法确定当量应力集中系数值和寿命算法，以此作为疲劳和工艺质量评价判据。针对疲劳寿命安全，王向明建立工程化验证专用模式，与传统积木式验证不同的是，力学性能考核与工艺过程循环迭代，这样可及时暴露性能缺陷，加快改进，使增材制造主承力结构件的寿命安全保障有了技术支撑，进而解决寿命安全风险控制难题。
拓扑结构是公认的轻量化结构，减重效率可近一半，具有极大应用潜力，受到工程界的普遍关注。王向明认为，拓扑结构属静定结构范畴，任一分支失效都将导致总体破坏。寿命安全如何保障？为此，他提出按寿命设计和稳定性设计所产生的强度裕度等效面积作为裂纹扩展容限区域，分不同情况建立拓扑结构局域损伤容限设计准则。针对拓扑结构机加难点，他还提出了增材快速成坯加表面熔凝精整的低成本工艺方法，机加量减少70%，制造成本也得到降低。
上述研究解决了增材主承力结构创新设计难题，成效显著，零件数量减少2/3、结构减重1/5、疲劳寿命增加1/3。“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”获得了国家技术发明奖一等奖的殊荣，这一项目由沈阳飞机设计研究所负责设计验证，北京航空航天大学负责制造。
△王向明在国家科学技术奖励大会现场
王向明介绍，选区熔化增材制造技术可打印出内部形状复杂的轻质功能件，但常规点阵结构的节点承载能力大都不满足飞机功能结构要求。为此，王向明将点阵结构的节点半径作为设计变量，通过形状优化降低应力集中和重量，由此建立多种拉压承载型节点强拘束微桁架单胞。他提出节点剪切强度计算方法，发现敏感设计参数（微杆半径），并据此建立有效设计手段；打印出散热器、格栅等多种高效功能件，解决了增材高承载功能结构创新设计难题。功效实现质的飞越，功能效率提高一倍、减重近2/5、零件减少95%。
△王向明团队的新一代3D打印技术:重量仅为原先1/8，换热提高2到3倍（图源：网络）
另外，据王向明介绍，飞机战损/战伤比为1∶20，结构战伤占近90%，若无法及时抢修即相当于战损。对此，他提出了补强几何应力集中/填充复合应力集中最小的修理设计方法、浪涌偏差修正方法，建立“四快”修复流程与数据库——设计、评定、制造、修复。主持完成了3类材料、9类构件的地面静态、摇摆动态环境下的工程验证，为保持舰载机完好率提供技术途径。
上述成果应用于多个型号项目，单机用量达复合材料用量的1/7，含5种工艺、9种材料。开辟了增材构件在飞机上工程化应用先河，实现了质的飞越，应用进程保持领先，使我国成为唯一实现增材制造构件在飞机上规模化应用的国家。王向明领衔的“基于增材制造的飞机结构创新设计与工程应用”项目由此获得了国防科技进步奖一等奖。
本文主要内容来自《科学中国人》
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