碳纤维增强树脂基复合材料壳体相贯线孔加工工艺

介绍一种用于碳纤维复合材料大直径不垂直相贯线孔加工方法。综合考虑了加工温度,加工质

量,排屑及加工效率等问题。结果表明,采用一种简易的加工工装保证了孔的尺寸及位置精度,使相贯线孔能

够一次性加工完成。通过对传统磨头的工艺改进解决了排屑及散热问题,并提高了复合材料的表面加工质量。

     

双层板激光焊接/ 超塑成形数值模拟及工艺研究

选取TC4 钛合金四层板加强结构中双层板为研究对象,采用激光穿透焊接工艺代替传统超塑成

形/ 扩散连接(SPF/ DB)工艺中涂止焊剂连接。借助ABAQUS 有限元分析软件对超塑成形过程进行分析,得到

优化的压力-时间(p-t)曲线,作为双层板超塑成形过程的气压加载曲线,进行实验验证。结果表明:成形后零

件壁厚分布均匀,焊缝处无撕裂现象,与有限元模拟结果保持一致;用此新工艺代替传统SPF/ DB 工艺中的止

焊剂具有可行性。

     

高温热管与高导热石墨烧蚀传热性能

利用石英灯辐射加热器和电弧风洞耦合加热模拟高超声速飞行器驻点高温区的加热环境,对一

种内部为高温热管和一种内部为高导热石墨的简单球柱形套装样件进行了加热试验。利用非接触红外测温装

置对样件表面的温度进行了测量,通过与内部为C/ C 材料制成的对比样件的试验结果分析,发现高温热管和

高导热石墨均能够有效地将样件驻点高温区热量传导到柱身低温区,其中高温热管样件驻点温度降低9. 5%,

柱身温度升高14. 6%;高导热石墨驻点温度降低14. 4%,柱身温度升高11. 4%,显示两种材料均具有良好的热

疏导效果。

     

芳纶纤维表面改性及在EPDM 中的分散性

分别采用超声波法和物理机械法对芳纶纤维进行表面改性,研究了两种处理方法对其表面形貌、

分散性以及EPDM 复合材料性能的影响。结果表明:超声法和机械法使芳纶纤维表面形成差别较大的形貌特

征;其中芳纶经机械处理后呈现良好的分散性,其复合材料的拉伸强度和烧蚀深度分别为11. 3 MPa 和1. 2 mm

(10 phr),优于超声波法处理的结果。

     

焊透深度和前进侧位置对FSW 贮箱锁底接头性能的影响

开展了2219MCS 叉形环和2219C10S 短壳组成的锁底接头的搅拌摩擦焊工艺试验,详细分析了

搅拌针长度和前进侧位置对锁底接头Hook 型缺陷、力学性能、断裂方式的影响规律。结果表明:搅拌摩擦焊

锁底接头在短壳一侧存在Hook 型缺陷,短壳位于前进侧时的搭接界面上翘曲率和迁移量均大于叉形环位于

前进侧,且随着搅拌针长度的增加,搭接界面的向上迁移量逐渐增大。相同的焊透深度时,叉形环位于前进侧

的力学性能优于短壳位于前进侧;相同的前进侧位置时,随着焊透深度的逐渐增加,接头力学性能逐渐降低。

锁底接头搭接界面缺陷形貌及迁移量的变化是引起力学性能变化的主要原因。优化的试验结果显示,当焊透

深度和短壳板材厚度相同,且叉形环位于焊缝前进侧的力学性能最优,常温可达到300 MPa,低温可达到370

MPa,延伸率均超过3. 5%。锁底接头的拉伸断裂方式与焊缝前进侧位置密切相关。当短壳位于前进侧时,从

短壳一侧热力影响区断裂;当叉形环为前进侧时,从焊缝焊核区断裂。

     

基于VCCT 技术的粘胶脱粘过程数值仿真研究

由于粘胶位于两层材料中间,胶粘结构的内部脱粘过程通常难以检测。本文通过制备三种粘胶

的粘胶片体试样以及U 型件试样,对粘胶在拉伸及剪切状态下的力学性能进行测试,并计算获得对应的应变

能释放率。采用VCCT 技术,预设断裂及脱粘区域,对粘胶在单拉及剪切受力状态下的开裂及脱粘过程进行数

值仿真。通过对比数值仿真与实验获得的最大应力及最大位移,验证了VCCT 技术能有效获得这三种粘胶的

断裂临界载荷,并表明这种方法能获得脱粘区域的扩展过程,为研究复杂结构的脱粘过程奠定了基础。

     

纤维曲线铺放的变刚度复合材料层合板的失效分析

介绍了一种纤维曲线铺放的变刚度复合材料层合板有限元建模方法。按照曲线铺放规律定义每

一个单元的实常数,并对这种纤维曲线铺放层合板进行建模。在此基础上讨论了在弯曲和压缩失效两种不同

边界条件下,采用Tsai-Wu 失效准则,对其进行失效分析,验证其面内受力情况,计算最大的Tsai-Wu 强度比

倒数1/ R。当1/ R =1 时,所施加的载荷为失效的临界载荷。对比两组纤维直线和纤维曲线的铺层算例,弯曲

失效条件下临界失效载荷提高16%和21%,压缩失效条件下临界失效载荷提高51% 和19%。纤维曲线铺放

层合板有效提高了失效性能。

     

Ni-Cr-W 基高温合金熔盐环境中的热腐蚀行为

利用扫描电镜、X 射线衍射分析、能谱分析等手段,从合金成分、热处理组织形貌、界面分布等方

面研究了Ni-20Cr-18W 基高温合金在900℃温度下25% NaCl+75% Na2SO4 混合熔融盐中的热腐蚀行为。结

果表明:Ni-20Cr-18W 基高温合金的腐蚀行为是酸碱熔融机理。腐蚀层呈平面向合金基体推进,无明显择优

腐蚀现象发生,主要腐蚀产物为疏松多孔的NiO 和Ni3S2 腐蚀产物,导致合金表面失去保护性氧化层,增加了

腐蚀速度。合金抗热腐蚀性能的降低是因高含量W 元素在SO4

2-作用下腐蚀加剧及第二相粒子与基体的相间

腐蚀导致。

     

一种测试C/ C 扩张段层间剪切强度的改进三点短梁剪切法

分别采用传统三点短梁剪切法和改进三点短梁剪切法对扩张段所采用的针刺C/ C 复合材料进

行了层间剪切强度测试试验。结果显示,改进的三点短梁剪切法很好地解决了传统三点短梁剪切法的应力集

中现象,试件更容易发生层间剪切破坏;改进的三点短梁剪切法的测试结果一般要大于传统三点短梁剪切法

的,更接近材料实际水平。对改进的短梁剪切法试验破坏试样进行电镜扫描分析,指出了发生破坏的薄弱点,

提出了要提高材料的层间剪切性能可合理优化网胎层厚度的改进建议。。

     

CLF-1钢X数字射线照相等效系数的确定

针对聚变堆结构材料拟采用的新材料CLF-1(low-activated ferritic/martensitic steel)钢在进行射线检测过程中没有特定标准参考的问题,采用等效法在相同透照条件开展了不同厚度CLF-1钢和Q235钢的X数字射线等效透照实验研究。基于相同成像条件下两种材料对应的X射线图像具有相同灰度即透照系数相同,通过对比拥有相同图像灰度值的两种材料的厚度,得出CLF-1钢对应于Q235钢的等效透照系数。试验设计了4~20 mm,递增0.5 mm的阶梯厚度的CLF-1钢和Q235钢在100~400 kV(递增50 kV)管电压条件下进行了透照实验,获得了对应电压下CLF-1钢相对于Q235钢的X射线透照等效系数为1.10~1.13。该研究结果对CLF-1钢在进行X射线检测时的检测技术参数的确定具有指导意义。     

顶杆法膨胀仪的研制及不确定度分析

研制了一套顶杆法膨胀仪,用于测试室温~500℃固体材料的平均线胀系数。利用该套膨胀仪对

SRM732 进行测试,并与美国国家标准与技术研究院提供的标准数据比较,相对误差小于2%。以SRM732 测

试结果为基础,进行不确定度分析,该套膨胀仪的测试不确定度小于3. 2%。

     

水气吸附法评定树脂残碳密实度

通过水气吸附法研究了树脂残碳的密实度,以S-157 酚醛树脂、Q-913 酚醛树脂、硼酚醛环氧树脂体系

等6 种树脂为例进行说明,把6 种固化树脂粉体在氮气气氛中热解成碳,把残碳移入控制温湿度的实验环境内放置,

采用高精度的天平称量残碳不同时刻的质量变化,经过约200 min 的残碳吸附过程分析,获得残碳吸附空气中的水气

达到平衡后,树脂残碳在控制温湿度的环境条件下质量变化率与时间的关系,通过比较残碳的增重对其密实度进行

评定。采用扫描电子显微镜对残碳表面进行观察验证。结果表明:水气吸附能力可反映树脂残碳的密实度,在规定

温湿度环境内吸附平衡时,水气吸附量为残碳密实度的评定依据。

     

基于变刚度纤维曲线铺放的机器人铺放路径规划及运动仿真

根据平面变刚度纤维曲线铺放路径设计了圆柱芯模的变刚度铺放路径规划;应用Denauit-

Hartenbery (D-H)矩阵法解出铺放机器人的末端位姿数学模型;运用Solidworks 软件建立了铺放机器人的虚拟

样机模型并仿真出了末端铺放轨迹;运用Matalb 软件对其进行运动仿真分析,绘制并研究各关节的运动参数

特性,证明了轨迹设计的合理性;利用Matalb 软件将仿真结果与数学模型求解结果进行对比,验证了末端位姿

数学模型的准确性与可靠性。

     

自由空间法测量电磁材料电磁参数

基于对自由空间法测试材料电磁参量原理的研究,对传统方法进行分析及改进,解决了测试过程

中透射系数存在的相位模糊性和由于S11 →0 时导致的半波谐振问题,最后搭建了测试系统,并使用该系统对

常见的微波介质材料在2 ~18 GHz 频带下进行了电磁参数的测试。结果表明,由于天线性能特性的限制,此测

试系统4 ~14 GHz 范围内具有良好的效果。此测试系统具有测试速度快、结构简单、方便准确的定位、测试精

度高等特点。

     

基于损伤力学的金属材料韧性断裂失效分析

金属韧性断裂是损伤累积的结果,以孔洞演化理论和细观损伤力学模型为基础,将韧性断裂机制

分为拉伸型和剪切型两种类型,提出了一个适用于不同变形路径的统一形式的韧性断裂准则。通过编写用户

材料子程序VUMAT,将韧性断裂准则嵌入到ABAQUS 有限元软件的准静态算法主程序中,模拟了航空铝合金

LY12CZ(Kt =1 和3)单向拉伸时材料损伤累积、裂纹萌生、扩展直至韧性断裂的物理全过程,并通过拉伸试验

验证了模型的有效性。韧性金属材料孔洞断裂机制研究表明,单调加载过程中宏观裂纹的形成是孔洞在夹杂

物和第二相微粒周围形核、长大直至聚合的结果。

     

沥青浸渍炭化C/ C 复合材料密度及孔隙分布

以径棒法编织成型预制体,采用沥青浸渍炭化工艺制备了C/ C 复合材料(1. 50 g/ cm3 ),采用CT

检测了试件的密度分布特征,并采用光学显微镜和压汞法分析了试件的孔隙分布特征。结果表明,在沥青浸渍

炭化的工艺条件下,试件外端密度最高,由外端到中心沿径向密度递减;以坯体中心为参照点,同一圆周方向密

度均匀分布;坯体开孔率沿径向由外端到中心递增;坯体大孔和中孔孔容积比率沿径向从外端到中心递增,而

微孔孔容积比率则从外端到中心递减。

     

高强铝合金热冲压冷模具复合成型

介绍了关于铝合金板材的一种热冲压冷模具淬火复合成型工艺。该工艺在铝合金板材的成型过

程中,同步完成铝合金板材的淬火,随后进行人工时效,极大地提高了铝合金板材的成型极限和强度。因此,成型

件具有更轻的质量,更高的强度和更复杂的几何形状。最后讨论了使用该成型工艺的成型件在航天领域应用前

景。通过对铝合金板材复合成型工艺和应用的介绍,可为我国铝合金板材成型工艺发展和工业化提供参考。

     

溶胶-凝胶法制备纳米TiO2 及粒径控制工艺

采用溶胶-凝胶法,以钛酸丁酯为前驱体,乙二醇作为螯合剂制备纳米TiO2 粒子。考察钛的乙二

醇盐的浓度、pH 值、温度等因素对TiO2 粒径的影响,并用红外光谱和SEM 对纳米TiO2 粒子进行结构和形貌表

征。结果表明,采用溶胶凝胶法可以制备出呈椭圆形且粒径分布均匀的TiO2 纳米粒子。使用硝酸铵可以有效

阻止TiO2 纳米粒子团聚。当pH 值为2 ~3、温度为20 ~40℃,钛的乙二醇盐在丙酮中的浓度为0. 03、0. 05 及

0. 07 M 时,粒径分别为150、240 及600 nm。

     

背面喷涂高辐射涂层的发动机防热材料电弧加热试验模拟方法

采用等离子电弧加热器双模型矩形湍流导管试验技术模拟了发动机内流热环境,对背面喷涂了

高辐射涂层的发动机防热材料进行了热防护性能考核。利用改进的试验件安装方法,在防热材料的背面提供

了开敞式的常温环境,使防热材料的高温背面能够对周围常温环境辐射散热,模拟了防热材料背面的换热环

境。采用K 型热电偶和单色红外测温仪测量了防热材料背面高辐射涂层的温度。根据以上两种不同测温方

式测量的温度曲线,得到了该背面喷涂的高辐射涂层材料的光谱发射率随温度的变化曲线。试验结果表明:背

面喷涂了高辐射涂层的材料背面温度比材料背面没有涂层的低了81. 1 K;当温度在1 103 ~1 153 K 时,该高辐

射涂层材料的光谱发射率着姿(姿=1. 6 滋m)为0. 89 ~0. 77,随温度升高,着姿呈下降趋势。

     

30CrMnSiNi2A 双头螺栓断裂失效分析

分离装置静力试验后发现连接两个舱体的双头螺栓中有7 件发生断裂,螺栓表面进行了达克罗

处理。通过失效分析及相关试验综合分析认为,分离装置上7 件螺栓的断裂性质均为延迟性脆性断裂,断裂机

理为氢脆。导致发生氢脆断裂的原因除螺栓材料及组织具有较高的氢脆敏感性外,主要与静力试验过程中长

时间包覆湿泥有关;另外,原材料氢含量控制及达克罗涂层工艺处理虽然有效避免了产品表面处理过程中带来

的氢脆隐患,但是若使用环境中存在水及腐蚀性介质Cl、S 时,产品在拉应力作用下仍可能发生氢脆延迟断裂

而导致严重后果。