航空金属材料的损伤机制与预测方法

损伤是航空结构件加工制造与服役中的共性问题。以微观损伤机制与损伤预测模型为主要关注点,论述了典型航空用铝合金、钛合金中损伤形核、扩展的影响因素以及宏观、细观尺度损伤断裂的预测方法。对于塑性成形过程,以受力状态为切入点,阐述了不同应力状态下损伤演化的差异性,介绍了基于应力状态损伤模型在航空材料中的应用。对于疲劳损伤问题,总结了不同体系合金中的微观影响因素,如第二相颗粒、晶体取向等,讨论了疲劳预测方法在航空用铝合金、钛合金中的应用。将局部应力应变集中归纳为损伤萌生、扩展的外因,而材料内部缺陷、界面等为内因,塑性变形、疲劳过程的损伤累积均为内、外因综合作用的结果。通过归纳损伤机制研究进展与问题,分析宏、细观预测方法的优缺点,提出以共性规律与通用性预测方法为重点的发展方向。     

缝合复合材料T形连接件拉脱数值模拟

为研究缝线对缝合复合材料T形连接件拉脱承载能力的增强机理，建立了未缝合复合材料T形连接件的有限元模型，数值分析结果与已有实验数据吻合较好。同时根据缝合复合材料T形连接件在宽度方向上的平移对称性，通过在模型边界加入特定的边界条件建立了缝合T形连接件的简化模型来模拟结构的渐进损伤过程。在此基础上，进一步研究了缝线的位置和横截面积对T形连接件在拉脱载荷下力学性能的影响。结果表明：缝线位置越靠近三角区，缝线对结构最大承载能力的影响越大。当筋条和蒙皮缝合的位置处于三角区边缘时，较细的缝线会减弱结构的承载能力，而较粗的缝线则起大幅增强作用。     

TiBw/TA15复合材料板材超塑变形行为研究

研究了TiB_w/TA15复合材料板材在900~960℃、5×10^-4~10^-2s^-1条件下的超塑变形行为。结果表明,TiB_w/TA15复合材料流变应力随拉伸温度的升高和应变速率的减小而降低,在940℃、5×10^-3s^-1变形条件下获得的最大超塑性伸长率为439%。利用Zener-Hollomn参数和Arrhenius方程所建立的峰值应力本构方程为ε·=3.55×10⁸[sinh(2.0×10^-2σ)]^1.99×exp(-6.381×10⁵/RT),其变形激活能Q=638.1kJ/mol。复合材料超塑性变形组织与拉伸温度和应变速率密切相关。高温低应变速率有利于基体α相的动态再结晶以及晶须与基体处孔洞的愈合,低温高应变速率下,孔洞更易萌生于增强相与基体结合界面的端部。动态再结晶对复合材料超塑性的发挥起着关键作用。     

低密度镁锂合金性能强化与精密成形技术

针对轻质高强和近成形复杂结构的技术要求，提出一种基于低密度镁锂合金薄壁筒形件的等温超塑性双向挤压近净成形方法，研究了铸态成形性能、铸态和轧制态在不同温度下的力学性能变化规律。研究结果表明，铸态下延伸率约12%，抗拉强度约145 MPa，轧制态下延伸率变化不大，但抗拉强度提升到180 MPa以上。采用本论文方法镁锂合金的延伸率和抗拉强度显著提高，分别达到21%和216 MPa，表明高温大变形过程中，实现了晶粒细化，大量增强相弥散在晶粒内部，起到性能强化作用，成功实现其性能强化和复杂结构件的精密成形。     

基于激光剪切散斑干涉的包覆药柱界面缺陷类型分辨

为了分辨出固体推进剂包覆界面中脱粘缺陷和非脱粘缺陷(气泡、夹杂等),利用激光剪切散斑干涉技术和有限元数值模拟手段，对包覆层中预设有脱粘缺陷、气泡缺陷和夹杂缺陷的平板试件进行了实验研究、数值计算，并对比分析了三种类型缺陷在真空负压加载及热加载条件下变形机理。实验结果表明，相同加载条件下，脱粘缺陷对应的离面变形远大于气泡缺陷和夹杂缺陷。数值分析显示负压加载条件下，相同尺寸的脱粘缺陷的离面位移是夹杂缺陷离面位移的2～10倍，比气泡缺陷的离面位移大1～2个数量级。另外，数值计算热加载激励条件下，三种类型缺陷的离面位移差异也较大。相同尺寸下，脱粘缺陷离面位移明显大于气泡缺陷和夹杂型缺陷，且缺陷尺寸越大，变形差距越明显。研究结果可为固体推进剂包覆层粘接缺陷检测、脱粘型与非脱粘型缺陷分辨提供技术支撑。     

晶体塑性模型及其在金属疲劳寿命预测中的应用

作为细观尺度上描述各向异性非均质材料塑性变形行为的重要方法，晶体塑性模型能够基于晶体材料的微观组织结构预测其宏观力学性能，在航空航天金属的力学性能设计及评估中展现出应用前景。本文总结了晶体塑性模型的发展历程和不同变种，从流动准则、硬化模型和内部状态变量演化3个角度对比分析了唯象晶体塑性模型与基于物理机制的晶体塑性模型的特点与差异；然后介绍了基于疲劳指示参数和寿命评估准则的晶体塑性有限元在金属疲劳寿命预测领域的应用尝试，以航空航天常用金属疲劳裂纹萌生寿命预测为例，给出了部分应用实例表明不同模型的预测能力和适用性；最后展望了晶体塑性模型和应用的未来发展趋势和有待加强的研究方向。     

基于热力学理论的固体推进剂粘弹-粘损伤本构模型

为了描述固体推进剂在不同应变率和围压环境下的非线性力学特性，首先通过假设推进剂非线性力学特性由损伤导致，基于不可逆热力学框架，推导出粘弹-粘损伤本构模型。在构建粘损伤模型时，以线性粘弹性应变能密度为损伤驱动力，并且引入了损伤历史、应变率和围压效应对于损伤增长的影响。然后利用文献中HTPB推进剂的围压实验数据对一维形式下的本构模型进行了参数获取、验证和预测误差分析。在获取损伤萌发参数S0时，基于时间-压强等效原理，构建了损伤萌发参数S0主曲线。最后采用NEPE推进剂单轴拉伸实验验证了本构模型对于当前固体推进剂大变形非线性力学性能的适用性。结果表明，损伤萌发参数S0随着围压和应变率的增加而增加。在应变率和围压的双重作用下，在相对压强5.516MPa，0.24s-1条件下的S0是相对压强0MPa，6×10-4s-1条件下数值的10.7倍。另外，模型对于HTPB推进剂抗拉强度的最大预测误差为6.15%，模型预测结果与两种实验数据重合较好，表明建立的粘弹-粘损伤本构模型可以很好地预测HTPB推进剂在不同应变率和不同围压环境下的力学响应和当前NEPE推进剂的大变形非线性力学行为，可为点火增压载荷下固体推进剂药柱结构完整性数值分析提供理论基础。     

发射场厂房大门门框联接螺柱断裂分析

针对厂房大门门框与钢结构立柱联接螺柱断裂的问题,通过断口形貌观察、硬度测试等试验方法对螺柱断裂原因进行分析,试验结果表明,螺柱的断裂模式为塑性断裂,断裂螺柱性能比设计要求性能低。在此基础上,从安装和受力分析的角度进一步分析螺柱断裂的机理,为发射场关键设备重要连接件的检修检测等提供理论指导, 防止类似螺栓断裂问题的发生。     

轧制与增强体对铝基复合材料超塑性的影响

对比研究了轧制与陶瓷增强体对ＳｉＣｗ／ＬＹ１２和ＳｉＣｐ／ＬＹ１２超塑性的影响，分析了超塑性差异的原因，研究表明：ＳｉＣｗ／ＬＹ１２经６２３Ｋ热轧后，展现出好的高应变速率的超塑性，其超塑性变形的主要机 是适当的微量液相调节的细小晶粒的晶界滑动，但经进一步的冷轧后，超塑性明显下降；ＳｉＣｐ／ＬＹ１２在仅经６２３Ｋ热轧后，不出现超塑性；但经过一步的冷轧后，展现出常规应变速率的超塑性，超塑性变形的机制是     

TC4钛合金激光冲击强化数值模拟

采用连续显式动态冲击策略对航空用TC4钛合金进行激光冲击强化数值模拟研究.根据冲击波能量变化曲线确定单次冲击求解时间为3000ns,并分析了应力波传播过程.在此基础上开展多点冲击模拟,分析了功率密度、冲击次数和光斑搭接率对残余应力、应变场的影响.得出增加功率密度对增大表面残余压应力的效果更好;增加冲击次数对增大残余压应...