金属与复材混杂连接结构的热应力研究

随着民用飞机的不断发展，复合材料在民用飞机上的使用比例越来越高，复材与金属的混杂连接结构细节也越来越多。民用飞机使用的环境温度包线大，在-75 ℃~55 ℃之间，研究金属与复合材料混杂连接结构的热应力及应变具有必要性。使用控制变量法和对比法，通过有限元建模计算，研究不同厚度的铝合金和钛合金与同一种复合材料连接的结构热应力与应变。结果表明，在相同温度载荷及金属厚度在3 mm~6 mm之间时，复合材料的热应变与钛合金结构厚度成反相关，且钛合金框的热应力比复合材料蒙皮的热应变对钛合金框厚度的变化更敏感；复合材料的热应变与铝合金结构的厚度变化成正相关；钛合金框结构的热应力与自身厚度成反相关，铝合金框结构的热应力与自身厚度成反相关。研究结果具有一定借鉴意义和价值。     

单向C/SiC复合材料热残余应力数值模拟研究

连续纤维增韧陶瓷基复合材料制备过程中因纤维与基体线胀系数失配会产生热残余应力,从而导致纤维脱粘、基体开裂等现象,严重影响复合材料力学性能。本文针对CVI工艺制备的单向C/SiC复合材料,建立"纤维-界面-基体"单胞物理模型,基于细观力学分析方法对热残余应力分布规律进行预测,采用ABAQUS对材料制备过程进行数值模拟,揭示了界面厚度、纤维体积分数、制备温度等参数对纤维、基体热残余应力分布的影响规律,分析了热残余应力对复合材料力学性能的影响。研究结果能够为C/SiC复合材料的设计、分析及微纳力学性能试验提供理论支持。     

孔挤压对于高温合金GH4169孔结构高温疲劳性能的影响

根据高压压气机盘螺栓孔结构，设计中心孔板材疲劳试样.表征了孔挤压强化后的表面轮廓，分析了在多种交变载荷条件下孔挤压前后试样的疲劳寿命，并进行了断口观察和疲劳过程中孔挤压残余应力的演化分析.结果表明:孔挤压强化减小了孔壁表面粗糙度，并使孔结构在多种高温大应力条件下（825MPa/600℃、825MPa/400℃和663MPa/600℃）的高温疲劳性能提高1～3倍，但疲劳数据分散度略有增大.孔挤压残余应力在最大拉应力为663MPa，温度为600℃，应力比为01条件下20000次疲劳试验中松弛到60%.原始试样的多源疲劳断口主要起源于孔边的加工刀痕，而挤压强化试样断口起源于孔挤压在倒角区域流动金属堆积处，为单源疲劳断口.      

基于材料时变参量的挖补修理胶层内剪应力研究

以AS4/3501-6材料的挖补修理为研究背景，基于材料热、力学参数的时变特性，分别为补片和胶层建立了热-力-化学多物理场耦合的有限元模型，研究了不同挖补角度和胶层厚度对胶层残余剪应力的影响，探索了不同挖补修理设计方案下的修理过程中胶层残余剪应力分布。结果表明：挖补角度、胶层厚度的增大均会加剧胶层残余剪应力集中；减小挖补角度，可有效降低胶层残余剪应力及沿胶层径向平均剪应力梯度；3°挖补角度下胶层径向中点残余剪应力比15°下降低17%，径向平均剪应力梯度降低92%；减小胶层厚度，胶层残余剪应力减小但平均剪应力梯度增大，0.3 mm胶层厚度下胶层径向中点残余剪应力比1.5 mm下降低15%，径向平均剪应力梯度升高30%。经验证三维有限元模型及计算方法正确，为改进修理工艺、提高修复质量提供了依据。     

初始应力状态对薄壁件双侧滚压影响规律

双侧滚压工艺是航空结构件生产过程中常采用的校正方式，然而由于滚压校正过程中工件原有应力场与滚压应力场的耦合作用等材料内部物理力学性能变化机制不明确，限制了滚压校正工艺稳定性的提升。为此建立了无初始应力、仅毛坯应力、毛坯应力与加工应力耦合3种初始应力状态下的7050-T7451铝合金T型件双侧滚压有限元模型，获得了工件的滚压变形及残余应力分布规律。结果显示3种初始应力状态下滚压导致的工件最大弯曲变形量分别为2.56×10^-1、2.76×10^-1、2.49×10^-1 mm。毛坯应力对滚压变形的影响程度约为7.8%，在此基础上加工应力的影响约为9.8%，且毛坯应力与加工应力的作用方向相反。滚压区域残余应力主要集中在滚压方向和垂直滚压方向，在工件表面均为压应力，在次表面达最大值。初始应力会导致工件沿滚压方向全厚度范围内的应力值增大；而在垂直滚压方向，初始应力主要造成表面应力的改变。对滚压过程中的应变-应力场演变过程进行了分析，揭示了毛坯应力与加工应力对滚压作用的影响机制。研究成果对于进一步提高滚压校正精度具有重要意义。     

残余应力超声测量技术影响因素研究

针对大型空间站寿命和质量进一步提高带来的残余应力精确测量问题，开展了影响残余应力测量准确性的因素和校正方法研究，在对温度、工件表面粗糙度、换能器耦合状态等原因分析的基础上，对主要影响因素引起的测量误差进行试验测定。试验结果表明：温度变化、工件表面粗糙度、换能器耦合状态等因素都可能引起较大的测量偏差，需引入温度补偿系数、表面粗糙度试块校正、优选耦合剂等修正与控制方法；有效控制影响因素，能够提高超声波检测残余应力的精准度，减小测量误差。该研究可为超声波残余应力测试技术在航天器舱体结构的应用发展提供技术参考。     

模具表面状态对复合材料构件固化变形的影响

为查明不同模具表面状态下的复合材料构件应变演变规律及其对固化变形的影响,采用热电偶和光纤光栅传感器对不同模具表面状态下的复合材料构件在热压罐成型工艺过程中的温度和应变进行在线监测,获得不同模具表面状态下构件应变的变化规律。结果表明:升温阶段脱模布的使用能够有效屏蔽模具-构件界面相互作用,使构件在升温阶段的应变很小。三层脱模剂模具表面条件下构件中的应变明显小于一层脱模剂;降温阶段三种实验条件下在构件中都出现了较大的压应变,其中一层脱模剂模具表面状态下模具-构件相互作用力最大,在固化工艺完成后构件发生翘曲变形,且翘曲变形以沿纤维方向为主。     

CFRP蜂窝夹层结构板埋件集群区域的热应力失效模式分析及补强设计

航天结构中,蜂窝板常采用在内部镶嵌埋件的方式使其与其他部件连接。为了分析CFRP蜂窝夹层结构板埋件集群区域面板在温度应力作用下失效的原因,进行了失稳破坏应力理论计算和数值分析,由分析结果发现是面板失稳导致了结构破坏。提出了加厚面板和局部加强两种补强方法并分析了其可行性和效率,通过对比发现局部补强的方法更加可行和高效。最后通过热真空试验,验证了局部补强方法可以提高面板稳定性,防止失稳破坏。     

高速超声振动铣削钛合金实验研究

针对钛合金在普通铣削（CM）时因切削速度低而面临的切削力大、薄壁工件变形大、加工效率低、刀具磨损严重等问题，采用高速超声振动铣削（HUVM）方法加工钛合金，实验研究其加工表面质量和切削力。从运动学角度出发对HUVM方法进行运动学分析。搭建包括超声振动系统、加工系统及测量系统在内的高速超声振动铣削实验平台。采用单因素实验对比CM和HUVM这2种方法对钛合金加工切削力和表面质量的影响规律。研究结果表明：与CM加工相比，HUVM加工可以使切削力降低32.6%～35.3%。并且HUVM加工表面粗糙度虽略有增加，但是表面结构可以更加均匀；此外，HUVM加工表面残余应力均为压应力，其绝对值随着每齿进给量和切削速度的增大而降低，而CM加工表面残余应力为拉应力。