国外复合材料及其检测技术的发展

1988年12月航空航天部技术考察团去美国访问了三个大学、二个公司和NASA的一个研究中心.本文重点介绍所考察的单位在复合材料方面的研究动态及超声无损探伤技术的发展新动向.一、复合材料研究动态1.新颖复合材料的研究当前美国的学校与科研单位研究重点是金属基和陶瓷基复合材料.德拉华大学复合材料试验室是国家材料研究试验中心,从78年开始研究金属基复合材料,如Al+SiC晶须,Mg+C纤维等材料.普度大学宇航学院为空军研究了钛基C纤维复合材料及铝合金中间夹Kev.纤维层压板的结构材料.NASA Langley 研究中心展示了硼铝与钛用扩散焊连接的蜂窝结结构.陶瓷     

NASA用YF-23进行承载研究

自参加ATF计划竞争之后,这两架YF-23原型一直存放在爱德华兹空军基地。根据诺斯罗谱公司与NASA签订的一份礼物性的协议,它们已归NASA所有,并交到NASA德莱顿飞行研究实验室。NASA准备用其中一架进行载荷分布技术的研究。研究工作于今年底在德莱顿的热结构实验室进行,为期3年,旨在改进用应变片测量载荷分布方法的精度NASA之所以选中YF-23是因其采用大量复合材料,并代表最新的结构技术。NASA还打算从空军接受一     

燃油液体推进剂水分含量测定的不确定度评定

燃油液体推进剂属于轻质石油产品,燃油中含有水分,会使其冰点升高,引起过滤器或输油管堵塞,甚至中断供油,酿成事故。因此,水分含量成为燃油质量检测的一项重要性能指标。以测定某型导弹燃油液体推进剂中水分含量为例,详细分析以卡尔费休库仑滴定法测定水分含量过程中的不确定度来源,加强实验操作,提高实验准确度,完成不确定度评定。测定结果为:水分质量分数46.16μg/g。当置信水平为95%时,计算出水分含量的扩展不确定度约为1.754μg/g。为保证燃油质量可靠,对燃油中的水分含量测定进行不确定度评定,可为准确评估燃油质量提供有效的参考依据和数据支撑。     

复合材料技术发展结构试验的经验

介绍了美国航空航天局(NASA)关于大型复合材料结构件结构试验所取得的经验以及启示。     

芳纶纤维/ 环氧树脂复合材料的吸湿应力分析

利用Ansys有限元软件,采用纤维随机分布模型,对在环境温度t=80℃、相对湿度RH=90%条件下的芳纶纤维/环氧树脂复合材料吸湿后的水分分布进行了模拟计算,计算结果与从材料吸湿实验中所得到的结果基本一致。根据模拟计算得到的水分浓度场对复合材料内部的吸湿应力进行了研究。结果表明:有限元方法可以比较准确地模拟复合材料在湿热环境下的水分吸收过程;复合材料内的水分浓度随老化时间延长而增大,吸湿应力也随之升高,在纤维和基体界面处的应力最大,可达50 MPa以上。     

军事动态

美国缩比复合材料公司正在准备X-37可重复使用无人驾驶运载器的首次飞行测试。X-37由波音公司研制,是未来太空船技术验证机,涵盖热防护系统、复合材料以及先进导航与控制系统等技术领域。NASA也是该项目的合作单位。在飞行测试中,X-37将挂在缩比复合材     

NASA扩展光纤传感器的应用

NASA将光纤应力和变形传感器的应用领域扩展到了航天飞机的热防护结构监视和可变机翼战斗机复合材料蒙皮的监视上。     

复合材料的边界吸湿模型

在研究复合材料层合板的吸湿和退湿过程中，常常采用菲克定理来描述水分在层合板中的扩散过程中，根据层合板表面浓度逼近平衡浓度的不同响应，提出了三类不同的边界条件模型来模拟复合材料层合板在不同环境介质下的水分扩散过程，并给出了计算吸湿量的解析解和有限差分数值计算方法。     

缝合／RTM复合材料及其计算分析的工程方法

简要介绍了纺织复合材料及其计算分析的研发现状,介绍了缝合/RTM复合材料及其应用上的优越性。提出了缝合/RTM复合材料计算分析的工程方法,在对NASA的相关工作进行分析的基础上,得出了该方法工程可用的结论。最后,指出了我们今后要开展的相关工作。     

ICP-AES法测定钛基复合材料中的Sn, Zr, Nb, Ta, Nd和Fe的研究

采用ICP-AES法对钛基复合材料中的合金元素Sn,Zr,Nb,Ta,Nd,Fe的测定进行了研究,着重进行了基体元素及待测元素Sn,Zr,Nb,Ta,Nd,Fe之间干扰试验及各元素在测定浓度范围内的线性相关性试验,进行了酸度试验及Ta,Nb,Zr的酸不溶试验,测定了钛基复合材料中上述六元素的含量,得到了较好的精密度和准确度.方法简便可靠,可获得满意的分析结果.     

颗粒含量及粒度对SiCP/Al复合材料高温变形行为及组织的影响

采用无压浸渗法制备出不同体份的SiCp/Al复合材料.对该复合材料进行了高温(高于基体熔点)压缩实验.研究了不同颗粒含量及粒度规格的复合材料高温压缩流变规律,利用SEM观察分析了颗粒含量及粒度对复合材料组织的影响.研究结果表明:颗粒含量较高的SiCp/Al复合材料,在高温压缩过程中呈现为塑性流变规律;颗粒粒度规格对复合...     

结构设计许用值和复合材料抗冲击性能的评定

从复合材料结构设计许用值的概念和复合材料的冲击后压缩强度性能出发，讨论了按NASA标准得到的CAI值与它们的关系，指出了传统的CAI值不能充分反映复合材料体系的抗冲击性能。且与结构压缩设计许用值无任何联系。在对复合材料结构完整性要求和作者的试验研究，和对国外文献总结的基础上，提出复合材料抗冲击性能的评定应包括损伤阻抗和损伤容限两方面。大量的试验数据证实复合材料层压板抗冲击性能存在拐点现象，在对拐点附近复合材料层压板的破坏机理研究基础上，建议用拐点附近的性能建立复合材料层压板抗冲击性能的评定体系，即可以用表面层在冲击下保持其完整性的最大能力（最大接触力）来表征复合材料体系的损伤阻抗（韧性）；用出现拐点后基本不变的压缩强度（破坏应变）门槛值来表征复合材料体系的损伤容限。     

复合材料抗冲击性能和结构压缩设计许用值

 从复合材料结构压缩设计许用值的概念和复合材料的冲击后压缩强度性能出发，讨论按NASA标准得到的CAI值与它们的关系，指出传统的CAI值不能充分反映复合材料体系的抗冲击性能，且与结构压缩设计许用值无任何联系。在对复合材料结构完整性要求和作者的试验研究，和对国外文献总结的基础上，提出复合材料抗冲击性能应包括损伤阻抗和损伤容限两方面。大量的试验数据证实复合材料层压板抗冲击性能存在拐点现象，在对拐点附近复合材料层压板的破坏机理研究基础上，建议用拐点附近的性能建立复合材料层压板抗冲击性能的评定体系，即可以用表面层在冲击下保持其完整性的最大能力(最大接触力)来表征复合材料体系的损伤阻抗(韧性)；用出现拐点后基本不变的压缩强度(破坏应变)门槛值来表征复合材料体系的损伤容限。     

水分对环氧-酸酐体系固化的影响

采用傅里叶红外和差式扫描量热,分析了水分对环氧-酸酐体系的固化反应及其固化动力学的影响。结果表明,水分的作用为:固化初期的促进作用,对酸酐的开环作用,高温下使部分交联酯键分解的作用。该研究对于合理控制复合材料的制造工艺条件,提高复合材料的性能,具有一定指导意义。     

NASA公布超音速概念飞机方案

NASA牵头的研究小组已选定高速研究(HSR)计划的关键技术,并确定了超音速运输机的初步设计。此项工作是HSR计划的第二阶段。选定的项目主要是机体和推进技术,并将此命名为技术概念飞机(TCA)。它将作为美工业界和大学开发高速民用运输机(HSCT)的基础。机体研究关键是研究钛合金复合材料机翼结构,粉末冶金或钛合金/复合材     

石墨纤维增强镁基复合材料的线膨胀性能研究

研究了连续石墨纤维和碳纤维增强镁基复合材料的线膨胀系数与纤维的弹性模量和体积含量之间的关系，研究结果表明，复合材料的线膨胀系数随着增强纤维弹性模量和体积含量的增加而减少，镁基复合材料比铝基复合材料具有更低的线膨胀系 数。     

温度和湿度对碳纤维增强复合材料老化影响研究综述

碳纤维增强复合材料因其良好的力学、物理和化学性能，在多个工业领域获得了广泛应用。在工程应用中，关键结构的服役寿命和性能耐久性是一个不可忽视的问题。碳纤维增强复合材料通常以树脂为基体，而树脂易受环境影响发生老化，对复合材料的性能产生显著影响。本文首先介绍了环境温度对碳纤维增强复合材料性能的影响，并总结了水分扩散理论及常见的复合材料吸湿模型，然后整理了湿热耦合环境对碳纤维增强复合材料性能的影响效应，包括理论分析、试验方法以及有限元仿真等研究手段，最后讨论了碳纤维增强复合材料在湿热老化研究方面存在的问题和挑战，并对可行的研究方向进行了展望。     

可穿戴太阳质子应急辐射防护服的仿真设计

针对载人月球探测任务中偶发太阳质子事件对航天员造成的突出辐射剂量危害与防护问题,采用蒙特卡洛方法仿真研究了常用屏蔽材料在舱内与舱外航天服应用中的防护效能,分析了不同高密度聚乙烯和氮化硼配比组成下单层富氢复合材料的屏蔽效果,并结合NASA航天服特征参数仿真分析了聚乙烯材料对航天服不同部位的屏蔽效率.结果表明:在相同质量密...     

NASA取消高速航空飞行器研究

NASA已决定取消其航空高速研究计划，以便把挤出来的6亿美元用于今后5年国际航天站的研究，支持在该项目中需要增资20亿美元、而目前处于摇摇欲坠的俄罗斯航天局。NASA之所以作出此决定，是因为波音公司已从国际航天站计划中撤出。NASA取消高速航空飞行器研究@伟业     

使役条件下SiC_p/Al复合材料的建模拟实

基于有限元方法,通过Python语言开发了SiC_p/Al复合材料的参数化建模程序,利用ABAQUS图形用户界面(GUI)完成了建模过程的可视化,搭建了颗粒的大小、形状、体积含量和分布可控的快速建模拟实平台。利用此平台建立了SiC_p/Al复合材料基于微细观的代表性体积单元(RVE)有限元模型,并先后引入了颗粒的弹脆性断裂行为、基体的弹塑性断裂损伤行为和界面的拉伸-开裂行为,实现了SiC_p/Al复合材料的变形和断裂的全过程模拟。为研究使役条件下SiC_p/Al复合材料的构效关系,建立了颗粒体积含量为7%和14%的复合材料有限元模型,首先研究了拉伸过程中颗粒体积含量对复合材料变形和损伤行为的影响;然后将体积含量为7%的复合材料模拟压缩过程与拉伸过程进行对比,分析了在不同载荷条件下复合材料的变形和损伤机理。实践证明,所建立的SiC_p/Al复合材料参数化建模平台可用于颗粒增强金属基复合材料基于微细观的有限元建模,对复合材料强韧化机理分析和构效关系研究具有重要的价值。