超高强高韧马氏体时效钢热变形及航天应用研究

对于航天用超高强高韧C300马氏体时效钢来说,热加工过程中获得等轴细小的再结晶晶粒是实现该钢强韧性最佳匹配的关键环节。采用Gleeble-3800热模拟试验机在温度为850～1 150℃、应变速率为0.01～10 s~(-1)的条件下,对超高强高韧C300马氏体时效钢进行高温轴向压缩变形试验,获得了高温流变曲线,并观察变形后的金相组织。结果表明:C300马氏体时效钢的流变应力和峰值应变随着变形温度的升高和应变速率的降低而减小;试验钢在真应变为0.92、应变速率为0.01～10 s~(-1)的条件下,随着变形速率的提高,其发生完全动态再结晶的温度也逐渐升高,最佳热变形温度区间为1 050～1 150℃;测得试验钢的热变形激活能Q值为391.2 kJ/mol,建立了其热变形本构方程。结果能为C300马氏体钢的数值模拟和热加工工艺的制定提供理论基础。     

2618A铝合金超塑性变形的研究

2618A铝合金试样经三种不同预处理工艺试验后,以恒定应变速率8.34×10~(-3)S~(-1)、不同温度(350～500℃)范围拉伸时,确定了最佳预处理工艺为固溶处理、温轧和再结晶;最佳应变速率为7.67×10~(-3)S~(-1),最佳变形温度为475℃,最高延伸率为240％,其最低流动应力为3MN/m~2。通过不同应变速率下拉伸试验表明,该合金对应变速率不甚敏感。粗大的不易变形的FeNiA19相粒子是合金在超塑性变形时不能获得高延伸率的一个原因。     

加热温度对TC4钛合金的空冷组织及热疲劳抗力的影响

对经不同温度加热随后空冷的ＴＣ４钛合金在－１９６～３５０℃范围内进行了外约束型热疲劳试验。结果表明：经单相区加热的合金，其热疲劳裂纹易于沿原β相晶界处萌生，以穿晶的方式扩展，对热疲劳裂纹萌生抗力较低。而经９５０℃加热的合金，其热疲劳裂纹易于沿初生α相与基体（条形的α＋β相）的界面处萌生，裂纹易于切过条形的α＋β相扩展，其热疲劳裂纹萌生抗力最高。经９００℃加热的合金，其热疲劳裂纹易于沿初生α相与基体的界面处萌生并沿其扩展，合金的热疲劳裂纹萌生抗力也较低     

高应变速率超塑性的研究进展

1984年,Nech等首次提出高应变速率超塑性概念,近年来的研究成果表明,细小的晶粒尺寸和接近固相线的变形温度是获得高应变速率超塑性的重要条件。晶粒尺寸在2μm以下的金属基复合材料和粉末冶金材料,在10~(-1)～10~2S~(-1)应变速率范围内可获得很高的延伸率,增强体和合金中沉淀析出的难熔的弥散质点,可钉扎晶界,使细晶组织保持到很高温度。高速变形时的绝热加热往往使材料的实际变形温度升高至固相线温度以上,液相的存在与分布,使全属基体通过液体薄层剪切实现彼此滑动,从而大大改善材料的变形性能。     

预轧制变形对2091合金应力腐蚀敏感性的影响

时效前对Ａｌ－Ｌｉ－Ｃｕ－Ｍｇ－Ｚｒ（２０９１）合金进行冷轧和温轧关系，用慢应变速率拉伸试验研究了合金在３．５％ＮａＣｌ溶液中的应力腐蚀敏感生。结果表明，预轧制变形提高了合金的应力腐蚀抗力。冷轧受形量为２０％以及温轧温度为１８０℃时，合金都具有最低的应力腐蚀敏感性。对合金应力腐蚀抗力与显微组织的关系进行了探讨。     

变截面星孔药柱在温度冲击载荷作用下的力学特性

基于热传导方程,时装有变截面星孔药柱的火箭发动机物理模型进行了合理简化,并根据推进剂材料的粘弹性本构关系,结合热流变简单材料的特性,对其受温度冲击栽荷的情况进行了数值计算,得到温度冲击载荷作用下药柱的实时温度场及应力.应变特性,分析了星尖处的应力随时间的变化及在药柱长度方向上的变化规律,得到药柱肉厚及温度冲击都会对应力...     

铝合金Ly12超塑等温变形时力学行为的研究

本文研究了供应状态铝合金Ly_(12)软化处理工艺及其超塑等温镦粗和拉伸变形时的力学行为。研究结果表明,供应状态Ly_(12)经软化处理后,变形抗力能降低20～30％。软化处理后变形工艺参数是:变形温度均420～440℃;应变速率为5×10~(-3)/s;当流动应力在15MPa之前,不同温度下,一分钟内的应变量都不大,当流动应力大于20MPa之后,提高变形温度,应变量随时间的延长增加很快。为复杂薄腹板筋型件的超塑等温模锻提供了可参考的工艺参数。     

空间伸展臂热应变与热变形光纤监测技术

针对空间伸展臂在热载荷作用下承载特性与形态变化的监测需求,提出了一种基于分布式光纤传感器的伸展臂结构温度、热应变以及热变形集成监测技术。借助ANSYS Workbench有限元分析软件,构建了单端热载荷作用下铝合金空间伸展臂结构热-力模型,分别得到不同局部热载荷下伸展臂轴向温度、热应变以及热变形分布与变化规律。在此基础上,提出了基于有限元分析与热传导理论的两类伸展臂轴向热变形计算方法。构建了分布式光纤传感监测系统,实时监测伸展臂若干关键位置的温度值与应变值,进而反演出结构轴向温度场、应变场连续变化信息。研究表明:采用有限元拟合法与热传导解析法计算所得伸展臂轴向热变形误差分别为5.256%与3.556%。相关成果能够为未来航天器在轨服役状态监测与辨识提供技术支撑。     

高超声速飞行器翼面前缘半主动金属热防护系统设计与分析

针对高超声速飞行器翼面前缘的热防护,文章设计了一种基于热管的半主动金属热防护系统。设计中使用工程估算方法预测了翼面前缘的气动热环境,并采用有限元法对高温合金翼面前缘结构进行了热固耦合分析和强度考核。分析结果表明:在马赫数为5~8的飞行状态下,热管可以有效地降低高超声速飞行器翼面前缘峰值温度达23%~31%,且呈现飞行马赫数越高则峰值温度降低幅度越大的趋势;同时热管还可以降低翼面前缘结构温差达90%以上,从而极大地减小由于温差而导致的热应变和内部应力。因此,将基于热管的半主动金属热防护系统应用于高超声速飞行器翼面前缘可以真正实现结构防热一体化,有助于获得较好的防热和减重效果。     

感温蜡温控阀对航天器热控系统动态性能的影响

为了提高航天器热控系统的控温适应能力,提出了一种基于感温蜡温控阀的单相流体回路热控方法,利用感温蜡温控阀的全自动流量、温度比例调节特性实现温度控制。通过集总参数法建立感温蜡温控阀、热源载荷和空间辐射器等部件的数学模型,运用数值仿真方法分析该热控系统的温度动态特性。仿真结果表明,感温蜡温控阀的布局方式,以及感温蜡熔程、时间常数和温度延迟等热特性对单相流体回路热控系统温度动态性能有显著的影响,对基于感温蜡温控阀的单相流体回路优化设计提供了理论依据。     

GH4586合金涡轮盘预制坯优化与组织均匀性控制

GH4586合金涡轮盘是新一代液体火箭发动机的核心部件之一,服役环境极其恶劣,提高涡轮盘模锻件微观组织均匀性有益于提高产品力学性能的稳定性和可靠性。通过热压缩试验,研究了变形温度、应变对GH4586合金微观组织和再结晶行为的影响,得到了GH4586合金热成形工艺参数范围;结合有限元仿真和模锻成形试验,分析了不同预制坯形状对涡轮盘模锻件应变分布和组织均匀性的影响,采用从边缘到中心梯度升高的双陀螺形预制坯形状、在1060℃条件下进行模锻成形,可以获得组织均匀的涡轮盘模锻件,心部晶粒度等级达到6~7级,盘部R/2处和边缘处晶粒度等级7~8级;室温、低温和高温力学性能均满足标准要求,特别是-196℃时延伸率和600℃时抗拉强度相较原工艺方案分别提高了37%和12%。     

新型锆钛合金的动态拉伸力学性能与微观断裂机制试验研究

采用直接撞击式Hopkinson拉杆装置对新型锆钛合金材料在动态冲击载荷作用下的力学性能进行了试验研究,得到了典型动态拉伸真应力-真应变曲线。试验结果表明,在室温、应变率为800~4000s-1的情况下,材料的动态强度（包含屈服强度σ_0.2、抗拉强度σ_b）、失稳应变、伸长率以及应变能密度均随应变率的增大而增大。采用扫描电子显微镜（SEM）对试件断口进行分析,研究了合金材料在不同应变率状态下的失效断裂特征。结果发现,随应变率的增大,材料的断裂方式由准解理断裂变为韧性断裂。     

多级涡轮气热耦合仿真性能及强度对比研究

航空航天发动机中,涡轮工作环境恶劣,承受流动传热耦合作用下强烈的热冲击,其结构强度问题十分突出。分别采用气动仿真和气热耦合仿真对某多级涡轮结构开展气动和强度性能仿真研究,提取相应的热边界条件进行涡轮盘结构强度有限元计算。结果表明:两种分析方法得到的涡轮气动性能十分接近,但涡轮盘表面的温度分布存在较大差异,计算得到的径向变形偏差达16%,等效应力偏差达50~100 MPa,气热耦合仿真结果更为可靠。     

充气式再入减速器动态气动载荷与结构特性研究

针对充气式再入减速器在动态飞行环境下的结构特性变化问题，提出一种基于飞行轨迹参数的CFD动态边界条件加载方法，有效实现了飞行动力学与空气动力学之间的耦合。同时，建立考虑内充压气体热效应的流固耦合模型，较已有方法更全面地考虑了结构变形对流场的影响以及内充压气体状态参数的改变，突破了现有研究中未能完整考虑温度对结构特性影响的局限。利用此模型着重对比了再入过程中气动力与气动热对结构应力及一阶固频的影响，并研究了尺寸变化对结构特性的影响规律。研究发现单独考虑气动力与气动热作用时，结构最大应力分别升高至39.6 MPa与33.5 MPa，而适当减小半锥角和增多气囊数目有利于减小结构应力。本文研究为充气式再入减速器的强度校核及优化设计提供了有价值的参考。     

铝合金联装架焊接残余应力和变形数值模拟

基于SYSWELD有限元分析软件,以某新型战术型号铝合金联装架为产品对象,选取支撑框配对组件、弹位组件和立方体组件为典型结构件进行焊接残余应力和变形数值模拟,以期表征铝合金联装架焊接过程的残余应力分布和变形趋势。结果表明:焊缝及其附近热影响区的Von-Mises应力较高,甚至超过了5A06铝合金材料的常温屈服强度;支撑框组件焊后最大变形出现于长矩形管中央,约为6.44 mm;弹位组件的焊接变形整体表现为凹向三维结构内腔,焊接变形也多集中在长矩形管上,最大变形约为5.21 mm。另外,采用对称分散焊过程产生的焊接变形量小于逐条焊缝焊接过程,但焊接残余应力趋势则相反。     

一种冷热交变环境下太阳帆应力保持方法

针对冷热交变环境导致太阳帆内部应力剧烈变化的问题,基于形状记忆合金(SMA)弹簧提出了太阳帆的张拉方案和薄膜应力保持恒定的方法,该方法利用形状记忆合金在高低温下的刚度非线性特性,有效补偿薄膜和支撑杆之间的间隙变化,以使薄膜内部应力基本保持恒定。针对六边形构型太阳帆开展了数值仿真,首先建立了太阳帆的热分析模型和力学分析模型,获取了高低温工况下的温度场。然后通过热致变形分析得到薄膜与支撑杆在高低温工况下的间隙变化,据此确定形状记忆合金弹簧的参数。最后对太阳帆在高低温工况下的薄膜内部应力进行了验证。     

柔性接头摩擦特性与橡胶损耗模量相关性研究

为研究柔性接头摩擦特性与橡胶损耗模量的相关性,设计了弹性材料为不同硅橡胶的2种柔性接头,测试了一系列常温常压条件下柔性接头在正弦激励下的动态特性。对比了不同摆动频率和摆角下柔性接头摩擦力矩与橡胶材料粘附摩擦系数的关系,以及柔性接头摩擦损耗与橡胶材料单位阻尼能的关系,在此基础上研究了橡胶材料损耗模量对柔性接头摩擦特性的影响。结果表明,摩擦力矩与橡胶材料的常系数、损耗模量和应变的乘积成正比,摩擦损耗与损耗模量和应变平方的乘积成正比。     

光纤传感器对合金结构瞬态高温应变测量的适用性研究

高温下结构应变测量数据的重复性是判断测量结果有效性的前提和基础。文章采用石英灯辐射加热技术构建瞬态辐射加热环境，以薄壁平板型合金材料结构为测量对象，对光纤应变传感器在瞬态加热环境下应变测量数据的重复性进行实验研究，以确定其对合金材料瞬态高温下应变测量的适用性。结果表明:光纤传感器与K型热电偶的测温偏离量小于1.76%；在安装面加热状态，瞬态加热温升速率最高达到18 ℃/s，结构最高温度达到850 ℃，此温度下测得的结构件最大应变为9 848.2 με，3次实验测量数据的重复性优于1.42%；非安装面加热状态、结构温度650 ℃下的3次测量数据重复性为0.95%，且与安装面加热状态、相同温度下的测量数据平均值的相对差异仅为0.67%。综上说明，所采用的光纤应变传感器适用于石英灯瞬态辐射加热环境下合金结构件的应变测量。     

液体火箭发动机燃烧室壁温与火焰温度分布红外感应测量技术

在实验室条件下,采用热电偶和红外测温仪同时对不锈钢和带辐射涂层的铌合金表面的温度及燃气温度进行测量,应用温度测量值来修正材料表面的黑度值及燃气的黑度值,利用黑度测量结果对某发动机试车时的温度场进行了测量,并与燃气的理论计算黑度值进行了对比。试验结果表明,这种方法对铌合金材料的壁温测量结果比较准确,而对不锈钢材料壁温测量结果准确度不是很理想。红外测温技术对燃气的温度测量结果与计算结果比较接近。     

复合材料壳体固体发动机药柱工作内压三维结构分析

对复合材料壳体的固体发动机药柱在工作内压作用下的变形和三维应力、应变进行了计算。复合材料壳体简化为正交各向异性结构，确定其弹性材料常数和材料的主轴方向，壳体变形计算和多次水压测试结果基本一致，在此基础上进行了药柱的三维应力、应变分析，为药柱完整性分析提供了参考。