复合材料飞机结构强度新规范要点评述

基于过去20多年参与复合材料结构设计的经验教训和美国最新的军用飞机设计规范,阐述了中国复合材料结构强度设计和验证要点及与金属结构的差别。其要点为:以承认性能表征多样性和材料与结构同时形成为基础的材料和工艺要求;以承认初始缺陷/损伤对结构静强度有影响为基础的设计许用值确定方法;以需要特别考虑湿热环境影响为特点的静强度设计和验证;以承认静力覆盖疲劳和考虑冲击损伤阻抗为特点的耐久性设计和验证;以冲击损伤及损伤无扩展为基础的损伤容限设计和验证;以全尺寸部件和由试样、元件(包括典型结构件)、组合件组成的多层次积木式设计验证方法相结合为基础的结构验证试验。     

不同通道中气泡的形态变化及运动条件分析

孔隙是影响复合材料性能的主要因素之一,为了消除孔隙,提高产品质量,对复合材料成型过程中气泡运动特性的研究是十分必要的.利用预浸料片层模拟系统,考察了气泡在不同运动通道中穿出的形态变化过程;分析了外加压力、树脂粘度、气泡大小、网格面积等因素对气泡穿出行为的影响;同时提出了气泡穿出的约束条件.研究结果表明,随着树脂粘度的增加,气泡体积和空隙面积的减少,气泡穿出所需的临界压力将逐渐增大.该研究结果将为热压成型过程中气泡运动模型的建立提供实验依据.      

Al／TiC中TiC反应合成的动力学模型

基于以下机理，即：在碳颗粒的周围形成一层富钛的复合层，钛原子扩散穿过该层与碳原子反应生成ＴｉＣ，形成的ＴｉＣ从溶液中析出且向外扩散，建立了Ａｌ－Ｔｉ－Ｃ体系中反应生成ＴｉＣ颗粒的动力学模型，获得了反应速度的表达式：ｄ（Ｖ）ｄｔ＝－πＤＶ（６ＶＮ２Ｃ）１３（１＋２ββ）ＮＡｌＭＡｌρＡｌ＋ＶＭＴｉρＴｉρＣＭＣ数值计算的结果表明，影响反应速度的因素主要有：体系温度、预制块中铝粉的含量，富钛层的厚度和碳颗粒的大小。减少铝粉含量、富钛层的厚度和碳颗粒的大小，以及升高体系的温度将加快反应的速度。     

凝固过程对颗粒增强Al—4%Mg复合材料中颗粒分布的影响

研究了凝固过程ＳｉＣ、Ａｌ＿２Ｏ＿３、ＳｉＯ＿２颗粒增强Ａｌ－４％Ｍｇ复合材料中颗粒分布的影响。通过分析，建立了描述等轴晶凝固条件下，颗粒推移强烈程度的晶粒与颗粒质量比模型，模型预测与试验结果吻合良好。     

复合材料贮箱在航天飞行器低温推进系统上的应用与关键技术

复合材料低温贮箱的研制与开发是集合了多学科的复杂科学工程。航天技术的发展对航天飞行器性能提出了更高的要求,使得低温推进系统成为了研究重点。为了进一步提高航天器的性能,必须从结构的减重入手,贮箱作为低温推进系统中最大的部件,成为了未来重点发展方向。用碳纤维增强复合材料(CFRPs)代替铝合金用于制备可重复使用飞行器(RLV)的燃料贮箱成为近些年各个航天大国的重点研究方向。本文介绍了复合材料低温贮箱在航天飞行器领域研究与发展的过程,介绍了复合材料低温贮箱的一些典型型号,总结了发展复合材料低温贮箱所需解决的技术问题。     

考虑复合材料层合板就地效应的强度理论

为了能准确预测复合材料层合板的失效起始和破坏过程,发展了一种考虑层合板就地效应(In-situ Effect)的强度理论,方法包括就地强度的确定、失效起始判定和材料性能退化。介绍并推导了基于断裂力学假设的就地强度计算方法,将层合板内的铺层分为内嵌厚层、内嵌薄层和外表面层3种类型,不同类型的层分别对应不同的计算方法。建立了一种考虑就地强度的面内失效起始准则,提出了相应的强度分析方法流程。对单向和多向层合板的失效包线进行了预测,计算结果表明发展的强度理论能很好地预测结构的失效起始,充分反映材料从失效起始到最终破坏的试验现象和规律,与传统Hashin准则相比预测精度明显提高。通过对准各向同性层合板失效包线预测发现,在进行层合板强度分析时考虑就地强度能明显提高预测失效起始的准确性和精度,在复合材料结构强度分析过程中考虑层合板的就地效应十分必要。     

Grinding behavior and surface appearance of（TiC_p＋ TiB_w）/Ti-6Al-4V titanium matrix composites

（TiCp＋ TiBw）/Ti-6Al-4V titanium matrix composites（PTMCs） have broad application prospects in the aviation and nuclear field. However, it is a typical difficult-to-cut material due to high hardness of the reinforcements, high strength and low thermal conductivity of Ti-6Al-4V alloy matrix. Grinding experiments with vitrified CBN wheels were conducted to analyze comparatively the grinding performance of PTMCs and Ti-6Al-4V alloy. Grinding force and force ratios, specific grinding energy, grinding temperature, surface roughness, ground surface appearance were discussed. The results show that the normal grinding force and the force ratios of PTMCs are much larger than that of Ti-6Al-4V alloy. Low depth of cut and high workpiece speed are generally beneficial to achieve the precision ground surface for PTMCs. The hard reinforcements of PTMCs are mainly removed in the ductile mode during grinding. However, the removal phenomenon of the reinforcements due to brittle fracture still exists, which contributes to the lower specific grinding energy and grinding temperature of PTMCs than Ti-6Al-4V alloy.     

Damage characteristics and constitutive modeling of the 2D C/Si C composite: Part I – Experiment and analysis

This paper reports an experimental investigation on the macroscopic mechanical behaviors and damage mechanisms of the plain-woven(2D) C/Si C composite under in-plane on- and offaxis loading conditions. Specimens with 15, 30, and 45 off-axis angles were prepared and tested under monotonic and incremental cyclic tension and compression loads. The obtained results were compared with those of uniaxial tension, compression, and shear specimens. The relationships between the damage modes and the stress state were analyzed based on scanning electronic microscopy(SEM) observations and acoustic emission(AE) data. The test results reveal the remarkable axial anisotropy and unilateral behavior of the material. The off-axis tension test results show that the material is fiber-dominant and the evolution rate of damage and inelastic strain is accelerated under the corresponding combined biaxial tension and shear loads. Due to the damage impediment effect of compression stress, compression specimens show higher mechanical properties and lower damage evolution rates than tension specimens with the same off-axis angle. Under cyclic tension–compression loadings, both on-axis and off-axis specimens exhibit progressive damage deactivation behaviors in the compression range, but with different deactivation rates.     

SiC纤维增强钛基复合材料研究现状与展望

连续Si C纤维增强钛基复合材料(Si Cf/Ti)是一种重要的高推重比发动机(推重比12)用结构材料,它的应用为发动机设计和制造带来了革命性的变革。Si Cf/Ti复合材料代表了高推重比发动机用结构材料的发展方向,欧美国家设立了多项研究计划来发展Si Cf/Ti复合材料,技术水平已经达到或接近于实用状态。介绍了国内外对连续纤维增强钛基复合材料的研究现状及国内研究存在的一些问题,并对国内Si Cf/Ti复合材料的未来发展提出了一些建议。     

陶瓷基复合材料单纤维拔出力学分析

建立了考虑界面滑动摩擦的复合材料单纤维拔出力学模型,得到了包含泊松效应影响的基体轴向应力、纤维轴向应力和界面剪切应力的表达式.针对SiC/RBSN陶瓷基复合材料,在部分脱粘/滑移和完全粘结情况下,对纤维、基体、界面的应力分布进行了分析.计算结果与有限元计算结果相比,具有较好的一致性.结果表明:纤维百分含量的变化能够改变界面发生脱粘/滑移失效点的位置;界面发生脱粘/滑移后的脱粘扩展比界面完全粘结的脱粘扩展更容易发生;不考虑热不匹配的影响,仅通过增加界面摩擦系数不能使应力重分布发生很大变化.