RTM成型用聚酰亚胺树脂及其复合材料研究进展

聚酰亚胺复合材料因其优异的耐高温性能和机械性能,在航空航天领域获得了广泛应用,但复杂、高成本的热压罐成型工艺难以满足聚酰亚胺树脂基复合材料快速加工成型,限制了其进一步的应用。本文综述了适用于树脂传递模塑成型（RTM）技术的聚酰亚胺树脂及其复合材料的研究现状与发展趋势,重点论述了苯乙炔基封端的聚酰亚胺树脂及其复合材料的国内外研究情况,提高RTM技术成型聚酰亚胺树脂及其复合材料耐温等级的同时保持低充模黏度和高韧性将会是重要的发展方向。     

等静压技术在材料加工领域的应用现状

主要阐述了等静压技术在金属、金属基复合材料、无机非金属材料以及聚合物材料等领域的应用现状,分析了等静压技术与3D打印复合成型技术的发展趋势,介绍了国内外等静压仿真模拟技术的研究进展,并对等静压技术的发展趋势提出展望。     

基于流体网络法的喷管冷却气流量分配计算方法

流体网络法对喷管气膜冷却问题具有独特的优势,但难以反映出入流对冷却气流道静压变化的影响。针对此引入了可反映出入流导致静压变化的管道元件,并基于孔口速度落后角对静压变化量进行了建模。验证算例表明,这一改进使沿程静压变化趋势与实际吻合较好,使冷却气流量分配计算误差降低到0.5%以下。将改进后的流体网络法与主流通道的计算流体力学模拟耦合用于分析喷管冷却气流量分配,与全计算流体力学模拟相比结果差异小于1.2%,且大幅降低计算量;在某型喷管设计中的应用表明,可以有效反映冷却结构改变对冷却气流量分配的影响。      

空气静压轴承有害涡流力矩的研究

本文主要分析影响空气静压轴承产生涡流力矩的主要因素,如轴承设计中结构参数的选择不合理;轴承加工装配中所产生的尺寸误差、几何形状误差和位置误差等。另外,介绍了轴承涡流力矩的测试方法。并且,提出了消除或减少空气静压轴承涡流力矩的主要措施。     

复合材料胶接修补结构剩余强度分析

随着复合材料在航空结构中的广泛应用,航空复合材料修补技术也成为研究热点。通过复合材料单面胶接维修方法,将抛物线型损伤演化规律应用于胶层的损伤分析。对商业有限元软件进行了二次开发并建立了数值模型,研究了补片尺寸与厚度对修补结构压缩强度的影响。对复合材料胶接修补结构试验件进行剩余强度试验,研究了补片形状、尺寸、厚度等参数对修补后结构压缩剩余强度的影响。数值模拟结果与试验值吻合良好,误差在5%以内。     

民用飞机静压孔布局规律

对民用飞机静压孔布局规律进行了研究。确定相关条例中静压孔的安装使用要求,将其转换成具体的设计分析技术指标;利用数值模拟方法对翼身组合体构型进行气动计算,得到不同状态下机身表面压力分布;对机身表面压力分布均方根进行分析,得到机身表面静压随马赫数、攻角变化较小的区域,定义为稳压线;将机身等直段等效为圆柱体,将来流分解为轴向平直流动和圆柱周向绕流,通过圆柱绕流Cp分布理论分析,获得与计算结果一致的稳压线分布规律,表明稳压线分布规律的普适性。开展高低速测压风洞试验,对稳压线规律进行验证,结果表明稳压线上压力分布变化范围趋近于0,试验结果与CFD计算结果以及理论分析结果高度一致,证明了稳压线计算及分析方法合理、可行,静压孔布局规律的正确、普适。所得稳压线分布规律可为常规布局民用飞机静压孔布局提供直接参考。     

耐４２０℃聚酰亚胺复合材料成型工艺

通过对耐420℃聚酰亚胺树脂的化学反应特性、流变性能分析以及加压时机和压力大小等成型工艺参数对复合材料性能的影响,确定了最优的复合材料成型工艺。同时采用超声水穿透法对制得的复合材料进行超声检测,并结合金相显微镜分析讨论了衰减比例与孔隙率之间的关系,确定了超声检测参数。结果表明:分段阶梯加压,可有效控制复合材料的树脂含量和孔隙率,选用5 MHz探头、15 d B增益的超声水穿透检测参数可有效评判2~3 mm厚复合材料的成型质量。研制的聚酰亚胺复合材料在420℃的弯曲强度保持率为65%,弯曲模量保持率为89%,表现出良好的高温性能。     

复合材料数字化检测及液态成型技术

针对复合材料发展的关键技术,本文概述了复合材料制件外形数字化检测的基本方法及某制件的检测情况。对液体模塑三种成型工艺的基本原理及优点进行了分析,并对采用液体模塑工艺整体成型制件的基本情况作了简单介绍。     

静压支撑-单点增量成形制件减薄率研究

为解决单点增量成形制件因减薄不均而产生的破裂问题,将静压支撑技术引入到成形过程中进行辅助成形。首先,对静压支撑-单点增量成形机理进行分析,根据减薄程度对制件进行区域划分;然后,利用数值模拟研究不同静压条件下制件各区域的减薄率变化规律;最后,搭建静压支撑-单点增量成形实验平台验证模拟结果。结果表明,Ⅱ区域减薄率沿结点路径增大,在距离板料边缘37. 5 mm处达到最大值,且随成形深度增加,减薄率在Ⅱ区域中间位置略有降低,至底端附近又有增加。减薄率随静压参数的增大而减小,实验结果和仿真结果的误差小于5%。相比单点增量成形,静压支撑-单点增量成形技术可以有效提高和控制制件壁厚的均匀性,延缓或避免了制件的破裂。     

间冷燃气轮机预防凝析问题研究

针对间冷燃气轮机过程控制,提出了湿空气凝析问题.以湿空气等压和等温热力学状态变化为基础,分析了间冷燃气轮机压缩、间冷过程湿空气状态变化特征,推导了湿空气经过低压压气机压缩与间冷器冷却后状态参数的变化关系,得出了只有在间冷过程才会发生湿空气凝析的结论,建立了湿空气凝析的条件判别式.以在线测量参数可获取性为基础,建立了以间冷后静温为控制目标的多参数的逻辑控制方法,并结合工程实例对转换的控制静温进行了精度分析,结果表明其误差在0.6‰以内,编制了工程适用的间冷燃气轮机控制程序,并给出了全工况运行的控制方案.      

某涡轮后机匣裂纹失效机理分析

为排除某航空发动机斜支板涡轮后机匣在试车后出现裂纹的故障,进行了裂纹宏观检查、断口宏观和微观形貌分析、材质检查、细晶层成因及其对疲劳特性影响分析,并对裂纹性质进行了判定,分析了产生裂纹故障的原因。结果表明:斜支板涡轮后机匣裂纹为疲劳性质,原始铸造冷隔缺陷、热等静压工艺产生的细小再结晶层、基体晶粒粗大是促使涡轮后机匣过早疲劳开裂的主要原因。为避免该类故障再次发生,建议提高浇注温度以增强浇注液流动性,从而排除冷隔缺陷;防止热等静压时产生表面细小再结晶;添加细化剂使基体晶粒细化。     

高性能钛合金粉末冶金技术研究

采用热等静压预合金粉工艺对Ti-6Al-4V钛合金粉末冶金技术进行了研究，同时就原料粉状态对粉末钛合金性能的影响进行了初步研究，并进行了近净形成型工艺试验。结果表明，采用预合金粉工艺制备的Ti-6Al-4V粉末钛合金材料性能良好，且可实现近净形成型；这说明预合金粉工艺在制备高性能、低成本钛合金部件方面有良好的应用前景。     

湿热环境下聚酰亚胺复合材料的拉脱性能研究

复合材料结构已被广泛应用于航空航天领域,为了研究复合材料在不同湿热环境下的力学性能,分别对低温干态（CTD）、室温干态（RTD）和高温湿态（ETW）三种环境下的某型聚酰亚胺复合材料层压板进行拉脱试验,并对RTD 试验过程进行仿真分析;通过试验获得两类典型铺层的拉脱强度与破坏模式,并利用有限元仿真预测失效载荷。结果表明：某型聚酰亚胺复合材料具有优异的热稳定性,CTD 环境下复合材料的拉脱强度较RTD 环境下的拉脱强度提升8.1%~9.0%,ETW 环境下某型聚酰亚胺复合材料的拉脱强度与RTD 环境下的拉脱强度相当;（30/60/10）铺层的拉脱强度略高于（50/40/10）铺层。     

涡轮叶盘加工技术

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聚酰亚胺管膜成型技术研究进展

分别介绍了螺旋缠绕、金属丝、浇铸、离心浇铸、芯棒气化和挤出等6种聚酰亚胺管膜成型技术。指出了聚酰亚胺管膜成型过程中的关键技术问题和解决途径,并强调研制和开发这一技术的必要性,展望了聚酰亚胺管膜的应用前景。     

激光烧结Al_2O_3-TiO_2陶瓷复合材料组织结构研究

利用冷等静压激光烧结复合技术制备了Al2O3-TiO2陶瓷块体。采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对烧结块体的微观形貌和成分进行了分析。结果表明,利用上述方法制备的Al2O3-TiO2陶瓷没有明显的裂纹及微孔,块体的致密度高。陶瓷块体表面由互相交错的柱状晶组成,有利于防止沿晶断裂;而涂层的横截面呈典型的等轴晶结构,这种结构具有很高的韧性和强度,大大提高了陶瓷的性能。同时,探讨了激光与陶瓷材料相互作用及致密化过程,为以后的研究工作打下基础。     

基于埋管的冷板设计及性能对比分析

介绍了埋管式冷板的设计及3种制造成形工艺:胶接、焊接和铸造,并分析了3种成形工艺的优缺点及对埋管式冷板散热性能的影响。采用有限元软件FloEFD对相同参数条件下同一模型不同成形工艺的埋管式冷板的散热性能进行了仿真对比分析,仿真结果表明:当其它条件相同时,不同成形工艺对埋管式冷板的散热性能具有一定的影响,基板与铜管之间的热阻越小,冷板的散热性能越好。     

粉末冶金Ti-6Al-4V 的组织及形成机理

利用热等静压(HIP)技术及旋转电极粉,采用预合金粉工艺制备了全致密的粉末冶金Ti-6Al-4V合金,用光学显微镜对其金相组织进行了观察,分析其形成机理,并对粉末冶金Ti-6Al-4V合金的室温拉伸性能、弹性模量、冲击性能及断裂韧性进行了研究.结果表明:粉末冶金Ti-6Al-4V金相组织主要由条片α相+相间β相组成,有细小的等轴α相分布在晶粒界面处,包裹着条片α相,这种独特的组织状态是由制备工艺决定的,具有良好的综合性能.     

热等静压工艺制备的Ti-6Al-4V薄壁筒的切削加工

为了能够提高钛合金薄壁筒的加工效率,利用热等静压工艺制备了两个具有不同结构的Ti-6Al-4V薄壁筒,研究了夹具、填充泥浆和筒结构对Ti-6Al-4V薄壁筒的外圆表面粗糙度和精度的影响。结果显示,Ti-6Al-4V热等静压薄壁筒经过切削加工能够达到精度要求,填充泥浆降低了弹性回弹,提高了薄壁筒外圆精度;筒结构的内圆环和粗大端能够提高刚度,有效降低了外圆表面粗糙度值;夹具尺寸误差对圆度和同轴度影响较大,较大的尺寸误差显著降低了筒的外圆精度。