硬质合金与结构钢钎焊结构低温力学性能试验

针对航天器产品恶劣工况对材料及连接方式高抗拉、抗剪强度力学性能的需求,设计试验验证了深低温至高温环境下真空钎焊与火焰钎焊试样拉伸与剪切性能：真空钎焊在-233 ℃条件下抗拉强度可达536 MPa、剪切强度可达260 MPa、-150 ℃时剪切强度300 MPa、常温剪切强度212 MPa,低温下剪切强度值更高且皆优于火焰钎焊对应温度下试样的结果。同时研究了真空钎焊工艺对合金钢40CrNiMoA材料性能的影响,真空钎焊工艺加工过程使材料本身抗拉强度下降约38%,表面硬度值下降约25%。并测量了真空钎焊试样200 ℃高温条件下抗拉强度为804 MPa,剪切强度为239 MPa。通过试验研究了不同焊接工艺对结构焊接后力学性能的影响,该试验结果对后续航天器结构设计工作具有一定的指导作用。     

低温贮箱用复合材料的研究进展

系统地概括了低温贮箱用复合材料的研究背景、进展动态及研究现状,重点介绍了复合材料低温贮箱成型工艺、复合材料与低温推进剂之间的安全性及复合材料自身的低温力学性能。研究表明:自动铺丝成型工艺推动了无内衬的复合材料低温贮箱的发展;在冷热循环作用下界面等薄弱区域萌生大量微裂纹,机械载荷促进下形成低温推进剂泄漏路径;开发满足液氧相容性要求、工艺要求和力学性能优异的环氧树脂,是发展液氧贮箱用复合材料体系的关键;研究冷热循环作用和改性方法对于复合材料力学性能的影响,对可重复使用航天器复合材料低温贮箱应用的意义重大。     

基于DFR法的螺栓连接件疲劳性能研究

针对螺栓连接件在服役过程中易产生疲劳损伤的问题,采用有限元模拟、理论分析和试验测试相结合的方法探究试验件厚度以及螺栓连接间隙对构件疲劳性能的影响规律。有限元模拟结果表明,由于构件几何形状的不连续性以及螺栓连接间隙的存在使得连接件中的铝合金板孔边产生较为明显的应力集中现象,在循环载荷作用下易在该处萌生疲劳裂纹导致构件的损伤失效,而施加螺栓预紧力可以通过摩擦传载改善孔边的受力情况。在静力分析的基础上,采用有传载紧固件双剪接头结构细节疲劳额定值（DFR）理论计算方法估算不同类型试验件的DFR值。理论估算结果与通过双点法确定的试验件DFR值基本吻合,相对差异在10%以内,可以验证该理论方法有较好的工程适用性。分析结果表明,试验件的连接间隙会影响螺栓的受载情况,在拉伸过程中先发生接触的螺栓处有较大的应力集中,最终导致连接件的疲劳失效;当试验件的厚度增加,铝合金板所承受的附加弯矩增大,会影响孔边的应力分布,在一定程度上降低试验件的疲劳性能。试验件厚度和连接间隙对试验件疲劳性能的影响可通过应力集中系数来综合体现,试验件DFR值近似随应力集中系数呈线性降低。本工作的研究成果可为螺栓连接件疲劳性能研究提供参考。     

PBO和芳纶纤维单丝拉伸性能影响因素分析

使用等速拉伸试验仪测试了进口和国产聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纤维、芳纶纤维的单丝力学性能,探究了不同制样条件、测试条件对有机纤维单丝拉伸性能的影响,影响因素包括拉伸速率、试样标距、纤维含湿率以及热老化温度。结果表明:试样标距由5 mm增至60 mm,4种纤维的Weibull统计强度均逐渐减小;随着拉伸速率由5 mm/min增至200 mm/min,4种纤维的Weibull强度均表现出先增大后减小的变化规律;随着吸湿率增加,进口PBO和芳纶纤维强度逐渐下降;随着老化温度升高,纤维的单丝拉伸强度下降,进口PBO和芳纶纤维在300℃热处理40 h后强度分别下降39.1%和51.6%。     

2219铝合金双轴肩搅拌摩擦焊与熔焊交叉接头的组织及性能

文摘对2219C10S铝合金进行双轴肩搅拌摩擦焊接,之后沿垂直于双轴肩搅拌摩擦焊方向进行变极性TIG焊接制备交叉接头,并对比分析了交叉接头与单一TIG接头的组织和力学性能。交叉接头与单一TIG接头的组织特征既有相同之处也存在差异。相同之处为焊缝区均由直流氦弧焊作用下的柱状区和交流脉冲氩弧焊作用下的碗状区组成;不同之处在于两者的母材区分别为细小等轴晶和轧制板条晶粒,而热影响区都是在母材晶粒上发生粗化长大。显微硬度测试结果表明,两类接头的横截面显微硬度分布均呈"W"型,单一TIG接头的的显微硬度分布梯度大于交叉接头,但交叉接头的软化区宽度更窄。拉伸测试结果得出,两类接头均断裂于接头的热影响区。沿SR-FSW焊缝方向的交叉接头的抗拉强度系数为66.14%,略低于单一TIG接头,但接头延伸率比单一TIG接头高约30%。断口形貌研究表明,交叉接头的断口形貌为典型的韧性断裂,而单一TIG接头还可观察到部分脆性断裂特征。     

磁场辅助激光熔覆铝基金属玻璃覆层

为提高铝合金的表面性能,采用磁场辅助激光熔覆的方法在5083铝合金表面制备了Al-Ni-Y-Co-La五元金属玻璃熔覆层,并对其进行组织成分及性能分析。实验结果表明：熔覆层主要由非晶相、α-Al相以及Al₄NiY等金属间化合物组成,旋转磁场的搅拌作用使熔覆层非晶相含量由10.2%提高到30.7%,且能够有效抑制多道搭接和多层堆积过程中重熔区晶粒的生长,细化了熔覆层晶粒组织,降低了残余应力,提高了显微硬度及韧性,使其平均显微硬度从278 HV_0.1提高至335 HV_0.1,且波动较小,平均抗拉强度为303 MPa,为基体拉伸件的110.2%,平均伸长率为6.79%,为基体的33.1%。     

纤维增强复合材料力学性能预测及试验验证

针对纤维均匀排布的单向纤维增强复合材料结构力学性能预测问题,基于复合材料细观力学有限元方法,研究建立了代表体积元(RVE)模型,并施加周期性边界条件,实现了纤维增强复合材料基本力学性能的预测。通过将应用上述RVE模型所获取的B/Al纤维增强复合材料力学性能预测结果与解析解和试验数据进行对比表明,施加周期性边界条件的RVE模型的力学性能预测结果与解析解和试验数据吻合良好,验证了所建立计算模型的有效性。基于单向连续纤维增强SiC/TC4复合材料板材的力学性能测试试验,获取了不同铺层方案结构的纵向/横向弹性模量和泊松比,得到的纵向/横向弹性模量计算值与各自试验值均值的误差均小于5%,表明弹性力学性能参数基本一致,计算模型具有合理性。      

基于曲面包络逼近原理的点啮合齿面整体设计方法

基于曲面活动标架理论,提出了点啮合齿面整体设计的曲面包络逼近方法:以第一齿面包络特征线为样条曲线,以第二齿面沿接触点迹线的齿面局部结构作为曲面插值条件,通过第一齿面运动不变量描述的运动变换,构造完全由第一齿面的运动不变量描述的第一齿面共轭运动空间作为第二齿面整体优化设计空间,确保齿面设计方法的可全局优化性和可加工性。根据点啮合齿面加载接触实验数据,以空载啮合时两齿面间隙作为预测和控制重载情况下的接触区形状和大小的设计目标参数,建立点啮合齿面整体优化设计的变分不等式模型。与以往点啮合齿面设计和齿面接触分析(TCA)方法相比,该齿面设计方法摆脱了以往齿面接触分析(TCA)中以特定机床加工参数作为齿面重构参数而给齿面优化设计带来的不必要的限制,能在满足预定的加载的啮合特性要求的同时,确保齿面能用盘铣刀通过多轴联动数控加工方法以展成法加工。仿真实例计算和分析表明:本齿面设计方法能形成完整的弧齿锥齿轮齿面,该齿面在满载啮合时,重合度达到2.122,传动误差幅值降低至0.063°,具有优良的加载啮合特性。      

透明导电氧化物薄膜的抗伽马辐照性能研究

利用射频磁控溅射法制备出具有良好光电性能的In₂O₃: W（IWO）薄膜,与购置的In₂O₃: Sn（ITO）薄膜一起,在伽马射线地面加速模拟试验设备中进行辐照试验。对辐照前后两种薄膜样品的微观结构、表面形貌、光电性能和元素价态进行对比分析,并用正电子湮没方法研究辐照前后的缺陷情况。结果表明,伽马射线辐照可引起ITO及IWO薄膜样品中氧空位缺陷的少量增加,且缺陷主要产生于薄膜表层及薄膜与基底界面结合处。高能伽马光子作用于透明导电氧化物薄膜,主要通过破坏其内部结合能较低的化学键,并实现薄膜系统中元素之间的选择性重组。ITO与IWO具有良好的抗伽马辐照性能,IWO相比ITO更适合于抗伽马辐照相关应用。     

微脉冲等离子体推力器放电过程和性能初探

针对平板烧蚀型微脉冲等离子体推力器（μ PPT）,开展了放电过程研究和性能表征。根据放电过程的电学测量和等离子体区域的发光行为分析,研究了μ PPT的基本放电特点和放电形态演变。从空间分布看,μ PPT放电空间可分为3个区域（阴极区、弧柱区和阳极区）,随着放电间隙的减少,阳极区逐渐消失。从时间分布看,μ PPT放电是由多个幅度不同的脉冲放电构成,放电回路和放电间隙的阻抗分布决定放电脉冲的数量,一定条件下可以发生单脉冲放电。根据μ PPT等离子体区的电流片模型,估算了μ PPT元冲量和推力等基本性能参数。结果表明,放电间隙和烧蚀量对μ PPT性能参数有重要的影响,相同脉冲放电能量时,放电间隙越大,元冲量越大,烧蚀量也越大,导致比冲越小。放电时空形态是影响μ PPT的元冲量和比冲的关键因素,因此,开展放电回路和放电间隙的阻抗优化研究是提高μ PPT性能的有效途径。