短碳纤维增强聚醚醚酮注塑成型进气道的性能北大核心CSCD

以含20%的短碳纤维增强聚醚醚酮树脂为主要原料,采用注塑成型的方法制备了进气道及试片。通过对材料力学性能、微观形貌、进气道CT无损检测、内型面三坐标进行分析,结果表明:按照给定的工艺参数注塑成型,复合材料的抗拉强度达208 MPa、拉伸模量16.7 GPa、冲压式剪切强度100 MPa,碳纤维在树脂基体中分布均匀,进气道本体材料内部缺陷较少,进气道内外型面光滑、尺寸精度较高。     

Analysis on the Bonding Failure Mechanism of High Modulus Carbon Fiber Composites

In order to explore the bonding failure mechanism of high modulus carbon fiber composite materials， the tensile experiment and finite element numerical simulation for single-lap and bevel-lap joints of unidirectional laminates are carried out， and the stress distributions， the failure modes， and the damage contours are analyzed. The analysis shows that the main reason for the failure of the single-lap joint is that the stress concentration of the ply adjacent to the adhesive layer is serious owing to the modulus difference， and the stress cannot be effectively transmitted along the thickness direction of the laminate. When the tensile stress of the ply exceeds its ultimate strength in the loading process， the surface fiber will fail. Compared with the single-lap joint， the bevel-lap joint optimizes the stress transfer path along the thickness direction， allows each layer of the laminate to share the load， avoids the stress concentration of the surface layer， and improves the bearing capacity of the bevel-lap joint. The improved bearing capacity of the bevel-lap joint is twice as much as that of the single-lap joint. The research in this paper provides a new idea for the subsequent study of mechanical properties of adhesively bonded composite materials.     

M50钢表面磁控溅射Ti-GLC薄膜高温摩擦学性能

为了研究高温环境下轴承钢基体上Ti掺杂类石墨碳基薄膜的实际应用，采用非平衡磁控溅射技术在M50钢表面制备Ti-GLC膜，分别在不同温度、不同线速度下与Al₂O₃陶瓷球进行摩擦磨损试验，研究其高温摩擦学性能及磨损机理。结果表明，随着温度的升高，Ti-GLC膜中的sp²键含量逐渐增大，石墨化程度加重，硬度和弹性模量逐渐降低，膜基结合力也有所降低。在室温～200℃，所制备的Ti-GLC薄膜保持优异的低摩擦与耐磨损性能，为Ti-GLC薄膜的最佳服役温度区域。在200 mm/s下，随着温度的升高，磨损形式由轻微的黏着磨损和磨粒磨损逐渐转变为严重的磨粒磨损和氧化磨损。     

TG800碳纤维/双马树脂基预浸料等温固化动力学

为复合材料成型工艺参数制定提供准确信息,采用动态力学分析法(DMTA)对国产TG800碳纤维/802双马树脂基预浸料等温固化动力学进行研究,根据损耗模量E″在恒温扫描过程中出现的拐点可准确确定固化凝胶点。以储能模量E′相对增长率为固化反应速率指标,考察不同恒温阶段反应程度增长模式,并建立了固化反应动力学模型。分别采用Hsich非平衡热力学涨落理论和Avrami方程对预浸料固化反应过程中活化能变化规律进行分析。结果表明:Hsich理论得出TG800/802预浸料反应活化能为49. 5 kJ/mol;Avrami方程得出恒温阶段前期活化能均小于后期,且温度越高对应活化能越低。TG800/802在200℃恒温时前期活化能为78. 8 kJ/mol,小于后期109 kJ/mol,温度升高至240℃后活化能降至32. 4 kJ/mol。通过计算不同恒温阶段固化度佐证了双马树脂固化制度150℃/1 h+180℃/2 h+200℃/4 h的可行性,为TG800/802预浸料的工程化应用提供了技术支撑。     

国产高模碳纤维/环氧复合材料在太阳翼基板上的应用研究

基板是空间太阳电池阵电池电路的安装基础，“上下碳纤维复合材料网格面板+铝蜂窝芯+聚酰亚胺膜”是基板的典型结构。高模量碳纤维作为太阳翼核心关键原材料，必须实现自主可控，避免受制于人。为此，开展了国产高模碳纤维CCM40J-6K/环氧复合材料在太阳翼基板上的应用试验研究，提出了CCM40J-6K/环氧复合材料在产品应用上的宏观力学、微观网格抗拉脱、聚酰亚胺膜粘贴等三个关键环节，针对性地设计并实施了常温和高低温交变力学性能、网格面板节点结合力、聚酰亚胺膜粘贴性能以及基板结构热循环性能等5个方面的测试验证。验证结果表明：CCM40J-6K太阳翼基板各项力学性能与进口M40JB-6K相当，可以沿用原M40JB-6K相关基板成型工艺，单层及多层铺层基板试验件能够经受高低温交变及热循环恶劣环境，试验件试验前后力学性能无明显变化，且聚酰亚胺膜无脱粘现象，网格节点拉伸强度国产碳纤维网格面板相比进口碳纤维网格面板高18.9%。说明国产碳纤维CCM40J-6K能够应用于太阳翼基板结构研制。     

描述碳纳米管内水分子单链的深度学习势

碳纳米管通道内的受限水具有与体相水截然不同的物理力学性质。当纳米管直径低至约0.8 nm时，通道内水分子形成与生物水通道内类似的单链结构，并显现出极高的流速和离子排斥能力。尽管基于经验势的分子动力学模拟在揭示单链水的奇特行为方面发挥了重要作用，但其模拟结果通常依赖于水模型和壁面-水作用参数选取。本文以从头算分子动力学计算结果为数据集，通过深度神经网络训练获得描述碳纳米管内单链水的深度学习势。基于深度学习势的分子动力学模拟在势能和原子受力方面具有近似第一性原理水平的准确性但低得多的计算成本，能准确重现从头算分子动力学得到的单链水性质，包括O-H键长、H-O-H键角、取向角和密度分布等。此外，本文对比了该深度学习势与常用经典水模型所得结果的异同。本文所构建的深度学习势为以接近第一性原理的准确性进行碳纳米管内单链水体系的大尺寸、长时间模拟提供了可能。     

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。     

A power and thermal management system for long endurance hypersonic vehicle

Due to the pneumatic heating and combustion effect, the scramjet engine of hypersonic vehicle faces high temperature challenge. It is necessary to comprehensively consider its thermal management and power generation together. A new Power and Thermal Management System (PTMS) combined with Supercritical Carbon Dioxide (SCO₂) closed Brayton cycle and fuel vapor turbine is proposed and discussed in this paper. The new PTMS can meet the cooling requirement of hypersonic vehicle at Mach number 6–7, and avoid the coking and scrapping in the scramjet cooling channels. Compared with the PTMS only based on fuel vapor turbine, the new PTMS utilizes the waste heat of scramjet to generate more electricity. In addition, it can reduce the use of fuel sink for cooling, and the additional weight penalty can be compensated for long endurance hypersonic flight.     

国产高模碳纤维/环氧复合材料的太阳电池板热循环适应性研究

国产CCM40J-6K高模碳纤维基板的空间高低温热循环耐受性是决定其是否可以大规模应用于空间太阳电池板的关键因素，必须解决交变热环境下的面板与电池电路的匹配性和长寿命问题。本文以国产CCM40J-6K高模碳纤维/环氧复合材料的太阳电池板为研究对象，开展了热循环环境适应性试验研究，分别从国产和进口碳纤维基板适应高低温交变能力对比、国产碳纤维基板铺设电池电路后适应热环境能力以及电池板在轨寿命等3个方面进行测试试验。结果表明：国产碳纤维CCM40J-6K所构成的电池板综合性能与进口M40JB-6K相当，CCM40J-6K基板与三结砷化镓电池片匹配性良好，国产碳纤维电池板经疲劳热循环后的开路电压和短路电流的变化率分别为0.55%和0.24%，太阳电池片和玻璃盖片外观完好无损，太阳电池电路与基板聚酰亚胺面保持绝缘，且碳纤维表面无脱粘现象。说明国产碳纤维CCM40J-6K能够应用于太阳电池板研制。     

耐高温柔性PI 气凝胶的合成与性能

以3,3’,4,4’ -联苯四酸二酐(BPDA)和含咪唑环的芳香族二胺,2-(4-氨基苯基) -5-氨基苯并
咪唑(4-APBI)或2-(3-氨基苯基) -5-氨基苯并咪唑(3-APBI) 为聚合单体,以八( 氨基苯基) 聚倍半硅氧烷
(OAPS)为交联剂,采用超临界CO2 干燥工艺制备了两种PI 气凝胶,PIA-1(BPDA/4-APBI/ OAPS) 与PIA-2
(BPDA/3-APBI/ OAPS)。研究表明,制备的PI 气凝胶具有纳米串珠状的微观结构,其泡孔最可几孔径分别为
22 nm(PIA-1)与14 nm(PIA-2)。PIA-1 与PIA-2 的密度分别为0. 105 和0. 080 g/ cm3,BET 表面积分别为
693 和302 m2 / g。此外,制备的PI 气凝胶具有良好的柔韧性与耐热稳定性,Tg 超过了350℃,T5
d 超过了530℃。