根据损伤理论计算树脂材料的断裂性能

基于损伤理论,计及裂尖前方空穴和微裂纹等缺陷的影响,利用材料在性能实验中变形过程的损伤变化与含裂纹材料在裂纹扩展过程中的损伤变化的相似性,得到用材料的性能曲线计算材料断裂韧性的方法,并将计算结果与实验结果相比较,结论较为吻合。所提出的用材料的性能曲线直接计算其断裂韧性的方法有可能推广于其他高分子材料。     

整体壁板三维裂纹应力强度因子计算与分析

近年来,整体壁板成为飞机结构设计上一个新的研究方向。针对典型的飞机整体壁板,应用有限元软件ABAQUS建立了含裂纹整体壁板的参数化模型,对裂纹在凸台和筋条中的扩展轨迹进行三维裂纹扩展模拟。分析了裂纹在扩展过程中,凸台、筋条、蒙皮中裂纹应力强度因子的变化情况以及凸台、筋条的止裂性能。研究结果对整体壁板的损伤容限设计和评定具有一定的指导意义。     

基于应力状态参数的韧性材料损伤机理研究

为研究加载方式对裂纹萌生-扩展的影响机理,推导出米赛斯屈服准则与屈雷斯加屈服准则统一的载荷谱。基于该载荷谱利用内聚单元模型对5052铝合金内部椭圆形脆性相微观视场进行微裂纹萌生扩展研究。利用应力状态参数对不同加载方式下微裂纹的起裂方式和起裂位置进行了分析,结果表明:韧性材料的微裂纹起始于基体内脆性相,宏观基体材料与微观脆性相之间应力状态的不协调是致使裂纹萌生的主要原因。刚度弱化系数预示了微裂纹的起始位置,应力状态参数综合表征了裂纹的类型和起裂方式。在相同形变量时,裂纹萌生难易程度存在差异:双向压缩不易诱发微裂纹而纯剪切较易诱发微裂纹。研究结论与试验结果吻合较好。     

AP/Al/CMDB推进剂的断裂特性实验研究

开展了关于AP/Al/CMDB推进剂在2mm/min拉伸速率下的断裂实验研究,利用CCD光学显微镜实时监测了裂纹的起裂与扩展过程,并阐述了裂尖材料的损伤演化机理;结合电镜扫描(SEM)技术对推进剂的断面形貌进行了表征,分析了大粒径高氯酸铵(AP)的微观结构演化机理;采用积分法获得推进剂的断裂能。结果表明:推进剂在起裂与扩展过程中裂尖区域材料存在明显的损伤现象,AP颗粒的脱湿行为主导着微孔洞和微裂纹的萌生、成核、长大、合并过程,表征着推进剂的断裂机理,并控制着推进剂的非线性断裂特性;采用积分法获得推进剂在2mm/min拉伸速率下的断裂能为1.765±0.025N/mm。     

铝合金薄板中裂纹的电磁热效应局部跨越止裂

 讨论了电磁热裂纹止裂时脉冲放电瞬间的电流、温度和热应力的耦合关系。通过自制的 ZL-1型强脉冲放电止裂装置进行了模拟实验研究;理论分析中采用了复变函数的研究方法给出了跨越止裂后裂纹尖端附近的温度值和热应力值;通过热 -电耦合和热 -机械耦合 2个过程对脉冲放电瞬间的电流 -温度 -热应力的演变进行了数值模拟,数值模拟的结果与理论分析和实验研究有较好的吻合。三方面的研究结果均表明 :通过电磁热效应局部跨越止裂可以使铝合金薄板中裂纹在裂纹尖端处很小的范围内熔化形成微小焊口,减小了裂纹尖端的应力集中,并在裂尖处形成压应力区,从而遏制了裂纹的扩展。该方法可应用于飞机机翼疲劳裂纹的止裂中。     

温度和加载速率对LY12CZ薄板材料断裂韧性的影响

以飞机结构常用的铝合金材料LY12CZ为研究对象，研究了温度、加载速率对平面应力弹塑性Ⅰ型裂纹起裂和扩展的影响。通过实验研究和数值分析，得到了以下四点结论，(D用断裂丝片测量裂纹稳定扩展段的长度是可行的；(2)静态载荷作用下的起裂韧性变化不大，但随温度的升高，材料在裂纹扩展过程中断裂韧性会降低；(3)低速冲击载荷作用下的弹塑性动态起裂韧性比静态值要小40％；(4)与增量路径无关积分的计算结果进行比较，说明在本研究情况下，J积分可以作为材料断裂韧性的表征参量。     

含MSD共线多孔平板应力强度因子有限元分析

利用FRANC2D/L对含MSD某型飞机增压舱蒙皮搭接接头进行了有限元分析,得到了不同损伤模式下的应力强度因子(SIF)的计算曲线,和已有的文献比较表明,数值结果精确,方法可靠,即不同长度裂纹的SIF计算可有效地通过FTRANC2D/L的裂纹扩展功能来实现。计算结果表明,在某些情况下,MSD裂纹的SIF可按单裂纹的SIF进行计算;影响MSD裂纹SIF的因素主要是临近裂纹的长度、裂纹间或裂尖与钉孔间的距离。最后给出裂纹连通前后MSD裂纹SIF随裂纹扩展历程变化的规律。     

三维非平面裂纹扩展参数化模拟方法

发展一种基于有限元方法（FEM）的自动模拟三维非平面裂纹扩展的模拟方法。该方法采用参数化建模的方式建立裂纹体,以镶嵌裂纹体的方式在结构中插入裂纹,然后通过有限元计算得到裂纹扩展参量,自动更新裂纹体从而模拟裂纹的扩展过程。通过模拟三个裂纹扩展算例,计算了裂纹扩展循环数,对比试验结果,误差分别为195%、161%、21%。结果表明:该方法能够模拟三维非平面裂纹的扩展并计算扩展寿命,具有一定的精度和适用性。      

大型飞机机身整体壁板纵向裂纹止裂分析

针对大型飞机机身整体壁板纵向裂纹损伤容限试验件进行剩余强度计算与裂纹止裂分析，经有限元建模计算得到两跨内不同直裂纹长度下的应力强度因子及卜应力，应用线弹性断裂力学准则得出整体壁板剩余强度曲线，对裂纹扩展至两跨时的止裂特性进行分析。依据计算与分析结果，提出了供设计人员参考的壁板修改建议。最后应用线弹性二阶裂纹转折理论对裂纹能否在扩展至两跨长度前发生转折进行了分析。     

外物损伤压气机叶片损伤容限分析

为研究外物损伤造成的初始裂纹对压气机叶片疲劳寿命的影响,开发了基于ANSYS平台的三维平片裂纹扩展整体参数化自动模拟通用技术。通过应力强度因子计算结果与文献结果对比,证明所开发裂纹扩展模型有较好的精度。利用该模型,研究了外物损伤初始裂纹位置、形态和方向对压气机叶片低周疲劳寿命的影响。研究表明,叶片后缘疲劳裂纹扩展寿命最长;裂纹短/长轴比越大,疲劳裂纹扩展寿命越长;当初始裂纹面垂直于最大主应力方向时,疲劳裂纹扩展寿命最短。     

高密度脉冲电流对SiCp/Al板材裂纹的修复作用

针对SiCp/Al材料塑性低、容易产生裂纹的缺陷,研究了高密度脉冲电流对SiCp/Al板材裂纹的修复作用。采用室温拉伸方法预制裂纹,在扫描电子显微镜(SEM)下标定裂纹后,对试样进行脉冲电流(电流密度为31.25A/mm~2)处理,对比分析脉冲电流处理前后裂纹形貌,测试电流处理对含裂纹试样力学性能的影响。结果显示,脉冲电流处理后,试样表面尺寸较小的裂纹直接被焊合,尺寸较大的裂纹宽度减小并且尖端出现了熔化现象;对比试样脉冲电流处理前后的延伸率发现,脉冲电流处理可以使试样预变形后的延伸率提高38%。采用电-热-力耦合的数值分析方法求得通电后SiCp/Al板材裂纹附近的电流场、温度场和应力场,并进行了脉冲电流处理对裂纹修复的机理分析,为脉冲电流修复技术的应用奠定理论基础。     

不同应力三维度下空穴缩胀的模拟计算与分析

 用弹塑性大变形有限元方法对含微空洞的40 Cr材料制轴对称拉伸试件进行了模拟计算与分析,表明空穴沿轴向和径向长大规律的不同,主要表现在对应力三维度水平的依赖程度不一样;在所考察的范围内,空穴横纵扩张比与应力三维度成线性关系。该计算模型在一定程度上反映了真实试件中的空穴变形情况,简单推算表明它在一定程度上也能反映裂纹体裂端空穴长大规律,并有可能用于估计材料的韧脆转变的研究。     

TC17钛合金超高周弯曲振动疲劳试验

基于航空发动机叶片基本失效形式,开发了悬臂梁式弯曲振动超声疲劳试验系统(激振频率20kHz),设计了能模拟叶片振动、适合于超高周弯曲振动疲劳试验的试件.利用该系统开展了钛合金TC17超高周弯曲振动疲劳试验研究,分析了断口的金相图.结果发现:裂纹萌生有表面和次表面两种模式,并不依赖于内部夹杂和缺陷,没有发现内部裂纹萌生迹象,次表面裂纹扩展也不呈“鱼眼”形貌.与文献所述的“鱼眼”形貌特征不同.      

自愈合机敏复合材料综述

综述了中空纤维释放黏结剂的裂纹愈合及近期开发的机敏裂纹自愈合复合材料的研究进展。对后者微胶囊促使的机敏裂纹自愈合进行了详尽的阐述。其中包括愈合剂和催化剂的结构、微胶囊的形成和外表连接催化剂、愈合剂系统原位聚合反应、纯环氧树脂基体和复合材料中的裂纹自愈合、愈合效率及愈合复合材料微观表征等方面。一个典型的双相自愈合系统是包含于微胶囊中的二聚环戊二烯（DCPD），通过埋于环氧基体中的钌络合物催化剂进行开环转位聚合反应（ROMP），形成新的聚合物来愈合裂纹。在纯环氧树脂基体中，上述自愈合系统在室温下的愈合效率可高达90％，而在碳纤维复合材料中室温下的愈合效率大致是45％，在80℃可提高到80％。降冰片烯（Norbomene）及其衍生物具有同以上系统相似的自愈合功能。三聚呋喃和四聚马来酰亚胺可在无催化剂作用下，进行热可逆的、无终止的交联聚合反应，自动愈合裂纹。同时，对以上三种自愈合剂系统及复合材料的特点进行了比较。     

预浸料制备方法影响复合材料湿热稳定性的原因分析

分别用热熔法和溶液法制备 T3 0 0 /540 5预浸料并在相同的工艺条件下制成相应的复合材料层压板。比较 2种复合材料的树脂含量、内部缺陷 (用 C-扫描技术 )、空隙率 (用光学显微镜法 )和纤维 /基体界面粘结(以 [0 2 /90 1 2 /0 2 ]层压板的横向裂纹密度和断口形貌评价 ),发现热熔法复合材料的孔隙率较低和纤维 /基体界面粘结较好是其在水煮条件下稳定性优于溶液法复合材料的主要原因     

不同空穴位置下固液相变换热过程的差别

高温蓄热技术是空间太阳能热动力发电系统的关键技术之一。固液相变潜热蓄热是通常采用的蓄热方式。大多数盐类相变材料由液态转变为固态时体积会收缩,在其容器内形成空穴。空穴的存在增大了热阻,从而影响相变换热过程。通过数值模拟计算,分析了两种不同的空穴位置下固液相变换热过程的差别。     

第二相对GH33A疲劳和蠕变交互作用机制的影响

 借助扫描电镜、透射电镜对试样的断口及剖面进行了金相观察,分析研究了第二相对GH33A合金在700℃下的晶界损伤方式及疲劳和蠕变交互作用的影响。     

压辊材料及形状对纤维铺放压紧效果的影响

近年来纤维铺放（AFP）技术被广泛用于大型复杂飞机复合材料构件成型。为了保证纤维铺放过程的一致性,纤维铺放压辊必须在适应芯模型面的同时具有较好的压紧力分布均匀性。鉴于此,对不同弹性模量的压辊材料进行了试验分析,薄膜压力传感器及超声显微镜测试结果表明,低弹性模量的压辊材料变形较大,较好地适应了芯模表面,压力分布相对均匀且可以减少铺层的层间孔隙数量,硅橡胶压辊比聚乙烯压辊压紧力分布均匀性提高了50%~60%,铺层孔隙率降低了92.1%。针对孔隙分布主要集中在压辊两端及压紧力在压辊两端下降幅度较大的问题,采用ANSYS Workbench对压辊端部进行斜端面优化,得到最优倾斜角度为20°;测试结果表明斜端面压辊压力分布均匀性比直断面压辊提高了42.9%,铺层孔隙率下降了51.6%。     

燃烧室升压梯度对固体推进剂裂纹燃烧与扩展影响的研究

建立了描述固体推进剂裂纹燃烧与扩展过程的数学模型。通过实验和理论计算研究了燃烧室升压梯度对固体推进剂裂纹燃烧与扩展的影响。结果表明,燃烧室升压梯度对裂纹腔内对流燃烧流场、以及裂纹的开裂时间和开裂方式都有很大影响。实验结果和理论计算结果的一致及理论计算的双向耦合性质。      

考虑小裂纹特性的裂纹扩展数值分析方法及实验验证

为了对工程断裂关键件进行全面的损伤容限分析,需要发展一种能够考虑小裂纹阶段的疲劳裂纹扩展数值分析方法。在Paris公式的基础上基于镍基粉末高温合金小裂纹扩展行为特点,提出了一种小裂纹加长裂纹阶段的裂纹扩展物理力学过程描述,并以此建立了裂纹扩展速率模型。同时考虑到工程应用,将该模型通过FRANC3D软件的用户子程序,与有限元方法结合,构建了一种可分析实际工程结构例如航空发动机涡轮盘上疲劳裂纹扩展的数值分析方法。针对带初始缺陷的FGH96合金标准试棒进行了裂纹扩展数值分析,并与开展的裂纹扩展寿命实验进行了对比。数值计算结果与实验结果吻合较好,表明该方法能够充分考虑小裂纹阶段的裂纹扩展行为特点,适用于分析工程结构疲劳裂纹扩展的全过程。