关于工程材料中的比强度和比刚度

关于工程材料中的比强度和比刚度韩荣第（哈尔滨工业大学机械工程系１５０００１）随着航天、航空及汽车工业的飞速发展，在要求工程材料具有高强度和高刚度的同时，质量必须要轻。为了便于比较不同工程材料的这些特殊性能的优劣，工程应用中常常引入比强度和比刚度的概念...     

高模碳纤维表面冷等离子体处理技术

高模碳纤维复合材料有较高的比强度、比模量，但纤维和基体树脂间的粘结性差，使得复合材料层间剪切强度很低，限制了复合材料优异性能的发挥。     

超轻型Mg—Li合金

Ｍｇ－Ｌｉ合金具有高的比强度和比模量,在航天及航空等领域中具有广阔的发展前景。本文详细介绍了Ｍｇ－Ｌｉ合金的发展现状及性能改善的途径。     

考虑温度环境下树脂基复合材料力学性能及模型研究

采用试验的方法研究了T300/QY8911-Ⅳ复合材料不同温度环境(室温、160,200,260℃)下的纵向拉伸、横向拉伸及面内切变力学性能,探讨了材料的模量、强度随温度变化的规律并提出了相应的力学模型.试验结果表明:在室温至200℃复合材料纵向拉伸模量、强度受温度影响较小,拉伸模量最大变幅为2.82%,强度为1.41%;当温度升高到260℃时,由于树脂基体变质,材料纵向拉伸模量与强度均下降,模量下降5.85%,强度下降7.01%(均相对200℃);横向拉伸和面内切变模量、强度受温度的影响较大,在160℃范围内,材料的平均模量分别下降了49.21%和70.34%,强度下降了38.49%和44.85%.当温度升至200℃时,材料的横向拉伸及面内切变模量与强度进一步下降,模量降幅为25.13%和38.30%,强度降幅为0.41%和15.95%.拟合结果表明:3个力学模型均适用于不同温度、载荷类型下的数据分布规律,但模型Ⅱ与模型Ⅲ对数据的拟合更准确.      

缠绕角度对碳/环氧厚壁管件轴压性能影响的实验研究

文摘采用缠绕工艺制备了20°、30°和40°三种缠绕角度的碳/环氧厚壁管件,通过轴压实验研究了缠绕角度对厚壁管件的轴压模量和轴压强度的影响,并对轴压破坏模式进行了分析。实验测得轴向模量值比有限元模型计算值偏小,破坏模式为纤维层向外崩裂破坏与有限元分析结果一致。     

酚醛树脂基蒙脱土纳米复合材料的力学性能与增强增韧机理

利用三种蒙脱土(即S-MMT,TG-2,OLS,统称MMT)和一种短切纤维(Short-cutGlassFiber,简记为SGF),分别与酚醛树脂熔融混合,制得酚醛树脂基复合材料。通过缺口冲击实验和弯曲实验,对这些复合材料的力学性能和增强增韧机理进行了研究,取得了一些有规律性的结果。PF/NBR/SGF复合材料的缺口冲击强度、弯曲强度和弯曲模量都随SGF含量的增加而增大;PF/NBR基蒙脱土纳米复合材料的缺口冲击强度随纳米材料(即S-MMT,TG-2和OLS)含量的增加而增大,在含量为5份时达到最大值;弯曲强度和弯曲模量也随纳米材料含量的增加而增大,在含量为9份时达到最大值。其次,所有PF/NBR基复合材料的缺口冲击强度均在60℃取得最大值,PF/NBR/OLS,PF/NBR/TG-2,PF/NBR/S-MMT等三种纳米复合材料的力学性能与体系中蒙脱土的层间距密切相关。层间距越大,力学性能越好。最后,探讨了纳米蒙脱土增强增韧PF/NBR体系的机理,指出聚合物体系中的蒙脱土具有两种效应,并建立了模型。     

当量油气比对内燃波转子燃烧特性的影响

为了研究当量油气比对内燃波转子燃烧特性的影响规律,采用控制变量法,保持内燃波转子转速、混气填充速度不变,通过调节燃料喷射体积流量改变混气的当量油气比。在不同的当量油气比下开展内燃波转子燃烧特性试验。试验结果表明:当量油气比对于内燃波转子燃烧过程影响很大,随着当量油气比的增加,内燃波转子获得的燃烧压力增益增大,在内燃波转子转速为900r/min、混气填充速度为6.741m/s、当量油气比为1.442时,6个工作循环内平均燃烧压力增益达到246.29％,火焰平均传播速度随当量油气比呈类似正态分布,在化学恰当比附近达到最大10.8m/s。当量油气比小于1时,两组工况下火焰锋面呈向下倾斜状传播,当量油气比大于1时,两组工况下火焰锋面呈向上倾斜状传播。      

TC4合金与碳纤维增强ZrB2-SiC陶瓷钎焊接头的微观结构与力学性能

文摘采用Ag-28Cu钎料对碳纤维增强ZrB_2-SiC复合陶瓷与TC4合金真空钎焊。利用扫描电子显微:镜、能谱分析仪、力学万能试验机研究钎焊保温时间对钎焊接头界面微观结构与剪切强度的影响。结果表明:碳纤维增强ZrB_2-SiC/Ag-28Cu/TC4钎焊接头结合良好,典型接头相组成如下:TC4/TiC+TiCu/Ti_2Cu/TiCu/Cu_((s,s))/Ag_((s,s))/Ti_5Si_3/TiC/ZrB_2-SiC-C。不同的保温时间未改变钎焊接头的相组成,但对于接头界面微观形貌、焊·缝厚度及组成相的数量有影响。随钎焊保温时间增加,焊缝中心Ag(s,s)、Cu(s,s)区域逐渐减小,近TC4侧反应中Ti-Cu反应层厚度逐渐增加,其中保温30 min焊缝厚度最厚为70μm、焊缝中心区域厚度为45μm。室温平均剪切强度随保温时间增加,先增加后降低,在保温时间20 min时,剪切强度最大为34 MPa。     

超高比强度非晶态铝基合金的开发

本文综述了近年来超高比强度非晶态铝基合金的最新研究结果，阐明其制备条件，生成组分，组织结构和强度特性，并对其开发前景进行了展望。     

RFI工艺成型两种环氧树脂基复合材料性能比较

采用RFI工艺分别成型了648和5228A环氧树脂基复合材料层合板,其增强材料为碳纤维无屈曲织物,铺层方式为[(0,90)/( 45)]s;测试了两组层舍板的拉伸性能、弯曲性能和层间剪切性能并做了比较分析;对破坏形式和机理进行了探讨.结果表明:5228A相对于648环氧树脂膜有较宽的低黏度区域,较长的凝胶时间;5228A与648层合板相比,拉伸强度高106%,拉伸模量、泊松比接近;弯曲强度高58%,弯曲模量高16%;层间剪切强度高62%.     

原位聚合法制备三维编织纤维增强尼龙复合材料

选择液态原位聚合法成功地制备出性能较好的三维编织碳纤维增强尼龙6复合材料(C3D／PA6)及三维编织芳纶纤维增强尼龙6复合材料(K3D／PA6)；并对两种复合材料的力学性能进行了比较。研究发现，C3D／PA6的弯曲强度和弯曲模量均高于K3D／PA6，而K3D／PA6则比C3D／PA6具有更高的抗冲击强度和剪切强度。     

碳纤维表面特征对碳/环氧复合材料界面性能影响研究

为了研究碳纤维表面特征与碳/环氧复合材料界面剪切强度的定量关系。采用扫描电子显微镜、比表面积分析仪、X射线光电子能谱仪对T800级碳纤维表面形貌、比表面积和表面化学特征进行了测试表征,并使用微珠脱粘法测试了复合材料的界面剪切强度（IFSS）。基于碳纤维比表面积测试结果,引入真实界面面积的概念,重点分析了界面面积和化学特征对IFSS的影响机理和规律。结果表明,不同表面状态的T800级碳纤维比表面积存在明显差异,两种除浆方法处理的碳纤维比表面积相差25.4%。消除界面面积影响的真实界面剪切强度（IFSS’）与碳纤维表面氧碳比呈现出较好的线性相关性,R2达到了0.94。反映出提高碳纤维比表面积和表面氧碳比是改善复合材料界面性能的有效手段。同时,也为定量研究碳纤维表面物理和化学特征对复合材料界面性能的影响提供了一种新的分析思路。     

先驱体转化法制备2D C/SiC-ZrC复合材料中ZrC含量对材料结构性能影响研究

针对高超音速飞行器、可重复使用运载器和下一代火箭发动机等超高温使用环境的工况要求,提出在2D C/SiC复合材料中引入耐超高温ZrC填料.采用先驱体转化法制备了不同ZrC含量的2D C/SiC-ZrC新型复合材料,考察了ZrC含量对材料力学性能、抗烧蚀性能和组成结构的影响.结果表明,材料的弯曲强度和弯曲模量随着ZrC含量的增加有一定程度的下降,材料的抗烧蚀性能明显提高,其中ZrC含量最高(33.3vol%)的试样S-50弯曲强度和弯曲模量均最低,分别为192.1MPa和27.5GPa;经氧乙炔焰烧蚀考核60s后,表面温度达到2123℃,试样表现出最低的烧蚀率,线烧蚀率为0.004mm/s,质量烧蚀率为0.006g/s.     

2D-C/SiC复合材料的拉伸损伤研究

通过单调拉伸和循环加卸载试验,研究了2D-C/SiC复合材料的力学性能及损伤演化过程。结果表明,残余应变、卸载模量和应力的关系曲线与拉伸应力应变曲线具有类似的形状。基于细观力学建立了材料的损伤本构关系和强度模型,分析计算表明,残余应变主要由裂纹张开位移和裂纹间距决定,而卸载模量主要由界面脱粘率决定;材料的单轴拉伸行为主要由纵向纤维束决定,横向纤维束对材料的整体模量和强度贡献较小。理论模拟结果与试验值吻合较好。     

起落架用超高强度钢的屈强比问题

一、前言起落架通常约占飞机总重的3～5％,但它只承受地面载荷,在飞行中毫无贡献。为减轻结构重量和压缩收藏空间,选用强度高,弹性模量高,价格相对低的超高强度钢就不可避免。目前,起落架已从静强度设计发展为安全寿命设计,选材也从简单的静强度要求提高到对综合力学性能的要求。但在选材和设计中,首先遇到的仍是材料的强度问题,     

M40-T300／BADCy混杂复合材料的研究

利用单向铺层模压工艺制备了M40-T300/BADCy单向层内和层间混杂复合材料,研究了混杂方式、混杂比及铺层顺序对混杂复合材料的拉伸性能、弯曲性能及层间剪切性能的影响规律.结果发现,层内混杂复合材料的性能介于两种单一复合材料之间,T300纤维含量越高,强度越大,M40纤维含量越高,则模量越大.以T300纤维为芯层,M40纤维为外层的层间混杂复合材料([(M40)1/(T300)3]s)具有与M40/BADCy复合材料相近的弯曲模量及与T300/BADCy复合材料相近的层间剪切强度,适合作为航天飞行器结构材料使用.     

黏胶丝基碳布增强C/C复合材料研究

采用黏胶丝基碳布进行了二维层板C/C复合材料研究。和PAN基碳布进行对比,分别从碳纤维微观结构、表面形貌、碳布物理性能、树脂基复合材料炭化过程残余热应力模拟、C/C复合材料力学和热物理性能表征等方面进行了对比分析和研究。结果表明,2 200℃处理的黏胶丝基碳纤维是非石墨化结构;纤维横断面呈腰子形,碳布纬向纱弯曲。黏胶丝基碳纤维的密度仅1．39 g/cm~3;拉伸模量很低,约50 GPa。炭化过程研究表明,黏胶丝基碳纤维轴向具有持续的正的线膨胀行为,在炭化初期与酚醛树脂的膨胀行为相一致;黏胶丝基碳布增强树脂基材料在800℃的面内自由热应变是PAN基材料的1/8;模拟的炭化过程热应力是PAN基材料的1/60。黏胶丝基C/C层板材料的层剪强度高于PAN基C/C复合材料,达到16．2 MPa;其拉伸强度为46．6 MPa,弯曲强度高达95．5 MPa,拉伸模量与弯曲模量基本一致,约10 GPa。黏胶丝基C/C复合材料在800℃的热导率是6．48 W/(m·K),与PAN基C/C复合材料非常接近;在800℃的线膨胀系数是2．18×10~(-6)/ K,远高于PAN基C/C复合材料的-0．387×10~(-6)/K。总之,黏胶丝基碳纤维由于其表粗糙度大、碳布纬向纱弯曲、极低的拉伸模量、正的轴向线膨胀系数,因而C/C复合材料层剪强度高,成型工艺中热应力低,较PAN基碳纤维更适合于研制不分层的二维C/C复合材料。     

特大展弦比机翼的特性与设计

大展弦比机翼有明显的升/阻(L/D)优势。但随着机翼展弦比的增大,在机翼结构重量控制条件下,机翼成柔性机翼,飞行中机翼的弹性变形量随速压(1/2ρV2)增大而增大,出现了严重的气动/结构耦合的问题。本文阐述了耦合问题的成因和解决途径,为特大展弦比机翼飞机(长航时无人机)的设计提供参考。     

大展弦比复合材料机翼结构设计研究

针对大展弦比机翼结构的特点,选定蜂窝夹层、多墙式和一种新型混合式结构进行分析比较。进行了缝纫层合板和无缝纫层合板的冲击后压缩强度试验以及3种形式的复合材料蜂窝夹层板冲击后压缩稳定性试验。实验结果表明,缝纫可提高复合材料层合板冲击后压缩强度和屈曲临界载荷。对3种形式机翼结构进行有限元分析,计算结果表明,新型混合式结构具有明显的减重效果,并可实现一定比例的弯曲和扭转刚度设计。     

低温用碳/ 环氧复合材料性能

针对复合材料在液氮温度下的应用需求,采用RTM工艺制备了几种碳/环氧复合材料,评价了这几种复合材料在80℃、室温和-196℃下的弯曲、压缩、层剪、冲击性能和室温下的GⅠC、GⅡC。结果显示:随着测试温度的降低,复合材料的弯曲强度、压缩强度、冲击强度明显提高;而低温对复合材料模量的影响较小。树脂基体的韧性对复合材料的强度、模量等性能影响不大,而碳纤维种类对复合材料的强度和模量影响较大。树脂基体韧性和碳纤维种类均不改变复合材料力学性能随测试温度变化的趋势。树脂基体韧性和碳纤维种类均会影响复合材料的层间断裂韧性,其中高韧性树脂基体可更加明显地提高复合材料的层间断裂韧性;M40级经编织物/R608-2复合材料GⅠC高达868 J/m2、GⅡC高达2 750 J/m2,但采用高韧性基体的复合材料Tg会有所降低。