适用于检验石墨及碳/碳复合材料的改进射线照相法

本文叙述了空军材料实验室(AFML)在关于检测块状石墨及碳/碳复合材料微缺陷方面所进行的工作,提出了一些优良的射线照相法。用对比液体如四溴乙烷(TBE)浸泡,使影象质量及灵敏度有显著的改进,能分辩石墨中的微孔结构和微裂纹,并可提供较清晰的复合材料的编织型式。如果将试件埋置在已知射线照相均匀性和原子序数相近的材料中,当测定厚度有变化的部件(如鼻锥、喷管等)时,将有助于射线照相法。埋置方法使出现在相近厚度范围内的缺陷,具有更均匀的厚度。以便提高检测能力。摄影接触印相机与对比度大的感光乳剂配合在一起,可为检测微缺陷提供更多的信息。     

纤维增强复合材料的应用及其缺陷检测

纤维增强复合材料密度小,抗拉强度与弹性模量高,比强度与比弹性模量大,高温高压性能好,并具有很好的可设计性,因而进入宇航工业,应用于重要的关键部位。纤维增强复合材料的质量控制十分重要,缺陷检测主要采用无损检测技术,宇航工业中采用的无损检测方法有:射线照相法、超声波衰减检测法、超声波声速测量法、超声波波谱测量法、声发射法、全息照相干涉法、斑点照相法、温度记录法等。     

复合材料分层缺陷的红外热像检测

简要介绍了红外热像的检测原理,并用红外热像方法对蜂窝铝复合材料及碳纤维层织复合材料较易出现的分层缺陷进行检测,检测结果表明红外热像方法是检测复合材料分层缺陷的快速、有效方法,并预测了红外热像检测今后的发展方向。     

基于超声红外热成像技术的复合材料损伤检测

采用超声红外热成像技术,对某飞行器的复合材料壳体损伤进行了检测研究。采用数值分析模拟了超声激励下复合材料损伤处的摩擦生热及热传导过程,分析了裂纹处的温度分布及裂纹尺寸对检测结果的影响;利用超声波发生器对含分层损伤复合材料试件进行了试验,根据表面温度的分布实现了对损伤的定量识别。结果表明,超声红外热成像技术能够快速准确地检测到复合材料表面及浅表面的界面贴合型损伤(如分层,疲劳裂纹等);对损伤的定位准确、检测结果直观、不存在加热非均匀等问题;选择恰当的耦合材料能有效消除"驻波"现象的产生,并提高损伤检测效果。     

大型复合材料的快速无损检测

常用的复合材料无损检测方法(如超声波C—扫描)是利用超声波探头在测试构件的整个表面进行扫描。这种方法非常费时,造价也很昂贵。实际上,层板型复合材料具有一定的耐破坏性能,一般情况下只需探测有无较大的缺陷,例如直径在10～20mm范围的脱层。因此,要寻找一种测试方法能快速有效地探测这种类型的缺陷,一旦发现了缺陷,再用常规方法(如需要)进行详查,以确定其缺陷形式与结构强度、疲劳寿命等工程要求之间的定量关系。现有的较可靠的测试方法有:温度记录法、全息摄影术、剪应力记录法和扫描激光超声波术。这些方法都能进行较快的检测,但费用太高。超声兰姆(LAMB)波在层板状或类似层板状的结构中传播,具有测试大型层板状复合材料的能力,因为超声兰姆波能沿层板长距离传播,每一个超声波探头的位置可兼测较大的区域。近来,英帝国大学正在研究利用此波作为快速廉价的方法探测大型结构的脱层。文中介绍现有的检测方法及各种方法的利弊。最后对兰姆波法的可能应用作了探讨。     

复合材料的激光全息无损检测

叙述了大型He-Ne激光全息无损检测系统对碳纤维复合材料和蜂窝夹层结构件的无损检测,采用热加载技术,一次照相检测面积可达1m~2;对碳纤维复合板可检出深度在1mm以内,直径5mm以上和深度为2mm,直径20mm以上的分层、气孔等缺陷;对面板厚度小于1mm的蜂窝夹层结构件可检出φ10mm以上的分离型缺陷和φ15mm以上的紧贴型缺陷。     

带隔热层蜂窝夹层结构的超高速撞击特性研究

带隔热层的蜂窝夹层结构是航天器常用的结构材料。针对带隔热层蜂窝夹层结构开展了超高速撞击试验研究和数值模拟。通过试验获得了带隔热层蜂窝夹层结构的弹道极限方程,并利用该方程计算了带隔热层前板的等效厚度;同时采用光滑质点流体动力学(SPH)和有限元(FE)耦合的方法,对蜂窝夹层结构的超高速撞击过程进行了数值模拟,模拟结果表明:蜂窝芯限制了碎片云的径向膨胀,碎片云轴向流的导流和分流作用。     

大型复合材料的快速无损检测

常的复合材料无损检测方法（如超声波Ｃ－扫描）是利用超声波探头在测试构件的整个表面进行扫描。这种方法非常费时，造价也很昂贵。实际上，层板型复合材料具有一的耐破坏性能，一般情况下只需探测有无较大的缺陷，例如直径在１０－－２０ｍｍ范围的脱层。因此，要寻找一种测试方法有效地探测这种类型的缺陷，一旦发现了缺陷，再用常规方法（如需要）进行详查，以确定其缺陷形式与结构强度、疲劳寿命等工程要求之间的定量关系。现有     

破片速度对碳纤维层合板冲击损伤的影响

为提升战斗部破片对航空复合材料结构的毁伤效果,采用空气炮冲击、数值仿真、战斗部静爆试验等手段,研究了层合板冲击损伤类型和分层面积随破片速度的变化规律,并分析了损伤机理。研究表明:层合板冲击损伤类型、机理和程度,与破片速度和层合板冲击临界速度(即冲击物穿透层合板的最小速度)的相对大小有关。在本文试验速度范围内,当破片速度小于层合板冲击临界速度时,造成背面裂缝型损伤,分层面积随破片速度增大而增大;当破片速度略大于层合板冲击临界速度时,造成背面炸裂型损伤,分层损伤范围最大;而更高的破片速度则造成切孔型损伤,分层损伤面积随破片速度的增大而减小,并趋近于切孔面积。为提高对复合材料结构的毁伤效果,应使破片着靶速度略大于层合板的冲击临界速度。     

ADAMS用户子程序在软着陆动力学仿真中的应用

软着陆是实施月球表面探测的一项关键技术,为得到月球着陆器的着陆性能,采用ADAMS软件进行动力学仿真。由于着陆器缓冲装置中常采用铝蜂窝结构,且它具有独特的力学特性,仿真时采用了用户子程序,通过在“阿波罗”试验模型中加载子程序实现了系统仿真。最后将仿真结果和相关数据比较,验证了该子程序和建模方法的正确性。     

45% SiCp/Al复合材料的微动磨损试验设计与验证

针对运载发射阶段卫星锁轴机构45%SiCp/Al复合材料与TC4材料之间可能存在的微动摩擦磨损与切向接触刚度问题，本文在调研和仿真分析的基础上，设计等效的扫频微动摩擦磨损试验系统。通过夹持力的标定保证最大影响因素接触应力的一致，采用扫频振动模拟摩擦副受载工况，并对45%SiCp/Al复合材料试件表面形貌进行振前振后检测。试验结果表明，45%SiCp/Al复合材料在较高的形状精度和表面粗糙度条件下，能够承受较大载荷的微动摩擦，摩擦副结合面具有良好的切向接触刚度。     

蜂窝夹层结构的修补

本文简要介绍复合材料面板和金属面板夹层结构的修补方法。这种修补方法比较简单,所用设备较小,采用室温固化糊状胶粘剂或结构薄膜胶粘剂即可完成修补工作。文中对损坏部位的清除及修补工作的质量保证作了阐述。另外还重点介绍了第二类损坏(即蜂窝夹层面板一面有洞或损坏,并已损坏到内部蜂窝芯,而另一面的面板没有损伤)的修补方法。     

复合材料加筋层合板结构分层扩展分析

采用基于模式混合度的分层扩展准则,研究了复合材料加筋层合板结构分层扩展力学行为,分析了铺层方式对复合材料层合板结构界面力学性能的影响。首先,由计算所得分层前缘处的应变能释放率分量计算求得模式混合度;然后,将其代入材料断裂韧性函数及分层扩展量计算公式,进而预测复合材料加筋层合板结构的分层起始及其扩展行为。并通过对规则对称正交铺层、反对称铺层与用于V-22飞行器结构中的铺层方式下的层合板分层扩展行为进行比较,验证了该方法的有效性。     

炭布高温处理对2D-C/C分层缺陷的影响研究

研究了炭布高温处理对二维炭／炭复合材料(2D-C／C)分层缺陷的影响。分析了炭布处理前后炭纤维的元素及表面形貌；测试了炭布处理前后树脂基复合材料(PMC)、炭化后2D-C／C及致密后2D-C／C的层剪强度、密度、开孔率等；采用金相显微镜表征了2D-C／C的分层缺陷。结果表明，炭纤维(布)经高温处理后，其表面含氧量下降，含碳量提高，表面粗糙度增大，惰性增大；炭布高温处理降低了树脂基复合材料的ILSS．炭化后2D-C／C表现出低密度和高开孔率，炭化收缩量小、热应力小及炭化不分层等特点。     

CFRP薄壁圆筒壳端面磨削工艺研究

阵列碳纤维复合材料管是由碳纤维增强复合材料(CFRP)薄壁圆筒壳阵列排布后粘接制备而成，兼具碳纤维复合材料和蜂窝结构的优异性能，是一种新型的可应用于深空探测反射面板的理想材料结构。由于材料和制备方面的特殊性，在阵列碳纤维复合材料管加工过程中会由于磨削力过大导致多种加工损伤，为其高效低损伤加工带来了挑战。本文开展CFRP薄壁圆筒壳磨削加工正交试验，系统研究磨削深度、切出角度、主轴转速、进给率对磨削力的影响规律和影响程度。研究结果表明:工艺参数对水平面合力的影响程度依次为进给率、磨削深度、切出角度、主轴转速，对轴向力的影响程度依次为切出角度、主轴转速、进给率、磨削深度。研究对阵列碳纤维复合材料管高效低损伤加工工艺的制订具有参考意义。     

结构化平面表面发射率的计算方法及其验证

结构化高发射率辐射表面广泛应用于红外定标、超低温冷源和吸波热沉等，发射率为其核心指标。结构化高发射率表面的设计首先是确定其表面结构单元的尺寸参数，如尖锥的高度、结构角等，然后设置高发射率涂层。为准确获取所设计结构化高发射率表面的发射率，文章依据经典的传热学公式推导给出一种分析计算方法，并采用仿真分析、样件测试等形式验证了该计算方法的有效性。此方法适用于方锥、尖劈和蜂窝等形式高发射率表面的设计计算。     

气动加热下金属蜂窝板热响应特性数值模拟

提出一种计算非稳态气动加热下金属蜂窝板内辐射导热耦合换热数值计算方法。将金 属蜂窝夹芯板作为三层平板结构,建立沿厚度方向一维传热控制方程,采用Monte
Carlo方法求解蜂窝腔内辐射换热,有限体积法求解蜂窝板内耦合换热,考虑蜂窝金属与空 气热物性随温度变化,对某结构的正六角形蜂窝板在模拟气动加热条件下两表面温度响应进 行了数值预测,数值预测结果与文献中的实验结果对比表明该方法能够准确模拟蜂窝夹心板 内传热过程;对采用Swann & Pittman当量导热系数经验公式进行蜂窝非稳态表面温度响应 计算可靠性进行了验证,结果表明该公式在计算非稳态气动加热下蜂窝表面温度时存在较大 误差,给出的热面温度过高,冷面温度过低,两表面温差最大相对误差高达140％。     

3D打印技术在航天复合材料制造中的应用

复合材料作为新一代结构材料已大量应用在航天遥感器结构中,如相机支架、承力框、遮光罩等。低成本、高效率的制造技术是进一步推进复合材料应用的重要途径,三维(Three dimension,3D)打印技术的出现为复合材料的低成本快速制造提供了可能,随着技术的发展,复合材料的3D打印技术逐渐成为该技术的一个新兴领域。文章介绍了以纤维增强树脂基复合材料为打印材料的3D打印技术的研究情况,结合航天遥感器用复合材料产品的特点对3D打印技术在航天复合材料产品制造上的应用进行了分析。     

航天器蜂窝夹层结构复合材料热变形分析

蜂窝夹层结构复合材料在航空、航天结构中已得到了广泛的应用。文章从热变形分析角度出发,对蜂窝夹层结构复合材料的热变形分析问题提出了几点看法。     

复合材料整流罩声学等效建模与低频隔声性能研究

运载火箭发射过程中的恶劣噪声环境会导致整流罩内部电子设备失效。开展整流罩的内声场环境预测以及隔声分析,对其降噪研究和优化设计具有重要意义。复合材料整流罩舱壁大量使用蜂窝夹芯板,基于蜂窝夹芯结构精细化模型开展整流罩内声场环境预示计算量大,无法适用。本文建立了复合材料蜂窝夹芯板的力/声学等效模型,并利用精细化模型验证等效模型的精度;进一步基于有限元-边界元方法对某整流罩结构进行低频声振分析;同时,对整流罩的隔声量进行了评价。结果表明:整流罩内声场在频率为160 Hz附近声学环境较为恶劣,整流罩的降噪研究应针对该频段进行。