激光熔化沉积钛合金及其复合材料组织力学性能研究进展

激光熔化沉积(LMD)技术快速、自由的成形特点为航空构件的制造和发展带来了新的设计思路和方法.对激光熔化沉积钛合金与钛基复合材料的组织结构和力学性能进行了归纳分析,包括成形工艺参数、热处理技术以及增强体种类和含量对成形钛合金与钛基复合材料组织力学性能的影响,发现成形工艺参数直接影响粉末熔化程度、熔合质量和成形显微结构,...     

激光选区熔化成形镍钛基五模超材料力学响应研究

五模超材料（Pentamode metamaterials,PMs）具有解耦的相对密度和力学性能,在特种声学装备和生物植入物领域具有潜在应用价值。激光选区熔化（Selective laser melting,SLM）技术具有成形复杂精细晶格超材料的能力,可实现定制刚度、单元尺寸和孔隙率。通过五模超材料结构优化设计,利用激光选区熔化成形镍钛形状记忆合金,实现了不同形态的五模超材料结构成形,并开展模拟和性能测试表征研究。微观形貌的观测结果显示,SLM成形的镍钛基五模超材料具有较好的制造保真度。有限元仿真预测结果发现应力集中于杆与杆的连接处。压缩力学试验结果显示,镍钛基五模超材料的强度随着相对密度的增大而增大。通过建立相对密度和相对模量与强度的数学模型,提出了不同相对密度五模超材料的力学性能预测方法。     

W-Re合金构件气氛保护等离子喷涂成形技术

采用包覆法制备W-5％(质量分数)Re复合粉末,采用气氛保护等离子喷涂成形技术制备某实验型固体火箭发动机喷管(Solid Rocket Motor,SRM),研究2300 ℃真空烧结时喷管致密度、组织结构及显微硬度、抗拉强度、压缩强度等性能随烧结时间的变化规律.研究表明:喷涂成形件为典型的柱状晶层片结构,粒子层片结合部位存在较多孔隙及微观缝隙,成形件致密度为87.5％,其显微硬度、抗拉强度、压缩强度分别为321.8 HV0.025,57.9 MPa及390.2MPa.随着真空烧结时间由2h延长至6h及8h,W-Re合金逐渐由定向凝固柱状晶层片结构转化为颗粒状结构,致密度及力学性能均随之提高.其中经8h烧结处理后,W-Re合金致密度、显微硬度、抗拉强度、压缩强度及屈服强度分别增加至98.6％,529.7 HV0.025,384.7 MPa,1466.5 MPa及879.6 MPa.由于Re元素可提高W-Re合金的再结晶温度,有效细化晶粒,显著提高合金的程度及塑性,等离子喷涂成形W-Re合金经真空烧结后可观察到明显的Re效应.     

连续型和非连续型蜂窝芯材的共振吸声结构性能研究

以芳纶纸蜂窝、内嵌树脂隔板和微穿孔面板为原料,制备了连续和非连续双自由度共振吸声结构,对两种共振吸声结构的力学性能和吸声系数进行对比研究。结果表明：连续蜂窝芯材所制备共振吸声结构的压缩和拉伸性能高于非连续型共振吸声结构,其中非稳定型压缩强度和拉伸强度高19%,稳定型压缩强度高32%,稳定型压缩模量高43%,剪切性能基本相当;两层蜂窝芯材容易出现孔格错位（非连续型共振吸声结构）,引起错位区域的微孔堵塞,使该结构的共振吸收峰与理论值出现较大差异。     

氧化硅气凝胶粉体材料力学性能的多尺度模拟

基于氧化硅气凝胶粉体材料内部的微结构特征,建立了能反映其特征结构的多尺度力学模型,利
用分子动力学方法模拟了氧化硅气凝胶的纳米多孔结构和拉伸性能,进一步利用离散元方法模拟了粉体材料
的模压成形和多轴压缩应力-应变曲线。分子动力学模拟表明,气凝胶密度越低,其分形维数越小。此外,离
散元模拟表明,氧化硅气凝胶粉体材料的弹性模量比对应的氧化硅气凝胶弹性模量低,压缩强度比对应气凝胶
的拉伸强度高;随着围压的增加,氧化硅气凝胶粉体材料的压缩强度增加。     

激光工程化净成形同轴送粉的研究

激光工程化净成形技术是近年来在传统快速成形技术基础上引入激光熔覆技术而创造的一种新的快速成形技术。与选择性激光烧结工艺不同，激光工程化净成形工艺不需要浸渗、热等静压等复杂后处理工序即可快速获得致密度和强度均较高的金属功能零件。介绍激光工程化净成形工艺系统的组成，着重介绍同轴送粉器的组成和工作原理，试验分析粉末流量与步进电机转速之间的关系。     

热处理对激光选区熔化Al-Mg-Sc-Zr合金组织及性能影响

针对激光选区熔化Al-Mg-Sc-Zr合金强度提升以及与塑性合理匹配等问题,采用致密度最优工艺优化策略,获取了激光选区熔化成形Al-Mg-Sc-Zr最佳参数,并进行了时效与固溶热处理,研究了其对微观组织和力学性能的影响。结果表明：Al-Mg-Sc-Zr在激光功率为360～370 W、扫描速度为800～1000 mm/s、扫描间距为100μm及铺粉层厚为30μm时,致密度和组织缺陷最佳;时效或固溶热处理后,材料组织呈现交替分布细晶区和粗晶区,发生析出相增加强化,屈服与抗拉强度较沉积态得到提升;时效热处理相较固溶热处理,材料晶粒无明显长大,325℃/4 h时效热处理综合力学性能最佳,屈服强度为548 MPa、延伸率为11%;改变Al-Mg-Sc-Zr激光选区熔化成形材料热处理制度,可对其合金晶粒尺寸、析出相尺寸和密度进行控制,实现强度与塑性的合理匹配。     

钛合金的滾压冷成形

钛及钛合金与铝、钢等常用材料相比较,具有比强度高、抗应力腐蚀好等优点。又由于钛及钛合金的屈服强度高、弹性模量小、缺口敏感性高、纵横性能不均匀等特性,所以在冷成形过程中,产生了极大的困难,限制了它的应用。近年来,随着工业技术的不断发展,使钛及钛合金在近代航空发动机中得到日益广泛的应用。例如:斯贝511与512型发动机的外函道及斯贝MK—202型加力燃烧室的引射机匣均采用钛-铜合金(含2.5％Cu)来制作筒体、     

植物纤维纸蜂窝的性能研究

以植物纤维纸为原材料制备了正六边形纸蜂窝,测试了其力学性能、阻燃性能以及吸水性能,并用金相显微镜观察了蜂窝芯截面微观结构。结果表明植物纤维纸蜂窝芯的压缩强度和L向剪切强度低于间位芳纶纸蜂窝,但满足Q/6S 1015-2005标准的指标;植物纤维纸蜂窝平均烧焦长度35mm,D_(m,240)为16.2;规格1.83-48的蜂窝芯吸湿率为5.5%,吸湿后压缩强度保持率为87.6%;植物蜂窝芯的树脂浸入到纸张内部,导致蜂窝孔壁厚度比芳纶蜂窝薄,节点处胶柱面积小。     

国产5056铝蜂窝芯的制备与性能评价

针对太阳翼基板用高性能低密度5056铝蜂窝芯的需求,开展了国产5056超薄铝箔制备及配套阳极氧化表面处理、国产5056铝蜂窝的制备和性能评价。研制的国产5056铝蜂窝芯公称密度17.28 kg/m³,节点强度为1.87 kN/m,蜂窝芯裸压缩、平面压缩、L向剪切、W向剪切强度分别达到了0.29、0.31、0.38、0.27 MPa,力学性能均达到了进口蜂窝芯的水平。蜂窝芯胶膜热破工艺性能较好,网格夹层结构节点无脱开,弯曲刚度和强度测试值均达到了进口蜂窝测试值的水平,可以满足使用需求。试验结果可为后续高性能低密度铝蜂窝芯的型号应用及原材料国内自主保障提供数据基础及技术基础。     

轻质量低成本无人机舵面结构优化与验证

复合材料蜂窝夹芯结构因其高比强度、比模量及可设计性而广泛应用于航空飞行器结构。文章提出了 1种轻质量、低成本舵面结构方案——通过增大蜂窝芯密度使其剪切模量提高,进而降低复合材料面板应力水平,减小面板厚度。首先,根据理论选择通过增大蜂窝密度提升蜂窝剪切模量;然后,对结构进行有限元计算与分析,发现蒙皮应力水平随蜂窝芯剪切模量增大而显著降低;最后,设计不同蜂窝芯密度的蜂窝夹芯结构进行试验。试验结果证明,蜂窝芯越致密,其典型力学性能越高,冲击后的剩余强度也越高。     

In-plane corrugated cosine honeycomb for 1D morphing skin and its application on variable camber wing

A novel 0-Poisson’s ratio cosine honeycomb support structure of flexible skin is proposed. Mechanical model of the structure is analyzed with the energy method, finite element method (FEM) and experiments have been performed to validate the theoretical model. The in-plane characteristics of the cosine honeycomb are compared with accordion honeycomb through analytical models and experiments. Finally, the application of the cosine honeycomb on a variable camber wing is studied. Studies show that mechanical model agrees well with results of FEM and experiments. The transverse non-dimensional elastic modulus of the cosine honeycomb increases (decreases) when the wavelength or the wall width increases (decreases), or when the amplitude decreases (increases). Compared with accordion honeycomb, the transverse non-dimensional elastic modulus of the cosine honeycomb is smaller, which means the driving force is smaller and the power consumption is less during deformation. In addition, the cosine honeycomb can satisfy the deform- ing requirements of the variable camber wing.     

不同酚醛树脂对芳纶纸蜂窝性能的影响

为研究酚醛树脂对芳纶纸蜂窝性能的影响,本文采用两种不同的酚醛树脂制备芳纶纸蜂窝芯材,对所制备蜂窝芯材的压缩性能和剪切性能进行测试,同时结合蜂窝端面树脂分布观察、树脂与芳纶纸接触角测量等方法,分析了两种树脂所制备蜂窝芯材性能出现差异的原因,结果表明：树脂中溶剂水的挥发速度、树脂与芳纶纸之间的表面张力会影响树脂在蜂窝壁上的树脂分布;蜂窝芯材树脂含量相同时,其节点两侧的树脂胶柱有利于提高蜂窝芯材压缩强度,但树脂堆积在节点后会降低蜂窝壁厚,造成蜂窝的剪切强度和模量下降。     

共固化复合材料/铝蜂窝夹层结构性能

采用共固化工艺制备了碳纤维增强复合材料面板/铝蜂窝夹层结构。通过考察固化压力对复合材料面板性能的影响确定了共固化的成型压力,对比分析了不同规格铝蜂窝及其夹层结构的力学性能。结果表明,对于薄面板,成型压力对面板力学性能的影响较小,规格为0.04 mm×4 mm的铝蜂窝制备的夹层结构具有更高的比强度和比刚度,且成型工艺性好。     

蜂窝夹层结构及其埋件的力学性能研究

对蜂窝夹层结构及其侧向和板内M5埋件力学性能进行了研究,分析了蒙皮厚度、胶黏剂面密度和胶接强度对力学性能的影响。结果表明,适当增加蒙皮厚度,有利于提高蜂窝夹层结构及其埋件的力学性能;在同等胶接强度下,胶黏剂面密度对力学性能的影响可以忽略,可选用面密度较低的胶黏剂来降低结构质量;埋件系统承受面内剪切载荷的能力明显优于其承受垂直于蒙皮的面外拉拔载荷能力;承受面内剪切载荷时,埋件系统的失效模式以埋件区域蒙皮局部破坏为主;承受面外拉拔载荷时,埋件周围蜂窝芯先失稳破坏,并最终导致埋件带动蒙皮变形、局部发生破坏。所得结果可为结构设计优化提供参考。     

酚醛树脂分布对芳纶纸蜂窝力学性能的影响

采用两种浸胶工艺制作树脂分布不同的3种规格蜂窝芳纶纸蜂窝,对蜂窝进行力学性能测试和蜂窝孔壁树脂分布微观观察,研究了酚醛树脂分布、蜂窝孔壁厚度对芳纶纸蜂窝力学性能的影响。结果表明:酚醛树脂充分流淌后会使蜂窝的压缩强度提高8%~40%,剪切强度下降9%~21%;树脂在蜂窝节点端部形成胶柱是蜂窝压缩性能提高的主要原因,但胶柱的形成会使蜂窝孔壁的平均厚度下降,导致蜂窝的剪切性能下降。     

用Ti/Cu/Ni中间层二次部分瞬间液相连接Si3N4陶瓷的研究

采用Ti/Cu/Ni中间层对Si3N4陶瓷进行二次PTLP连接,研究Ti箔厚度、连接工艺参数对Si3N4/Ti/C/Ni连接强度和界面结构的影响.结果表明Ti箔厚度对连接强度的影响是通过对反应层厚度的影响体现的;在本文试验条件下,改变二次连接工艺参数对Si3N4/Ti/Cu/Ni二次PTLP连接界面反应层厚度无明显影响,其对室温强度的影响是由于连接接头残余应力的变化所导致的;Si3N4/Ti/Cu/Ni二次PTLP连接界面微观结构为Si3N4/反应层/Cu-Ni固溶体层(少量的Cu-Ni-Ti)/Ni.     

蜂窝密封泄漏特性理论与实验

蜂窝密封的泄漏特性直接影响航空发动机的工作效率。本文采用理论分析与实验研究相结合的方法系统研究蜂窝密封的泄漏特性。建立了蜂窝密封流场特性CFD求解模型,数值分析了转速、进出口压比、蜂窝孔对边距、蜂窝孔深、蜂窝壁厚等因素对密封泄漏量的影响,揭示了蜂窝密封的封严机理。设计搭建了蜂窝密封泄漏特性实验台,实验研究了进出口压比、转速等因素对蜂窝密封泄漏特性的影响。数值分析与实验测试相互验证,在此基础上,考虑蜂窝密封泄漏特性影响因素,结合传统经典迷宫密封泄漏量Egli公式,构造了蜂窝密封泄漏量计算公式。研究结果表明,蜂窝密封的孔深、对边距和壁厚是通过影响蜂窝孔中涡系的发展和蜂窝孔的密度来影响泄漏量的。涡系发展的越充分,蜂窝孔的密度越大,蜂窝密封的泄漏量就越小;转速对蜂窝密封泄漏量影响较小;蜂窝密封的泄漏量随进出口压比的增加而增大,两者近似呈线性关系;随着蜂窝孔深度增加,蜂窝密封泄漏量先逐渐减小后逐渐趋于平稳;随着蜂窝孔对边距增加,密封泄漏量先减小,后出现了小幅度的增加;随着蜂窝壁厚的增加,蜂窝密封泄漏量先近似线性增大后缓慢增大。本文研究为蜂窝密封结构设计提供理论依据。     

PMI 泡沫夹层结构整流罩冯卡门锥段成型技术研究

对PMI泡沫夹层结构整流罩冯卡门锥段成型技术进行了研究,通过对玻璃钢面板及其泡沫夹层结构性能、面板成型、泡沫热成形、泡沫拼接、玻璃钢泡沫夹层结构成型及无损检测等技术研究,确定了玻璃钢外面板、预先固化,然后与泡沫等复合组装,最后铺覆内面板,整体进罐固化的成型工艺。结果表明,玻璃钢面板纵、横向拉伸强度为602、593 MPa,模量为26.0、27.2 GPa,满足设计强度≥350 MPa、模量≥25 GPa的要求;玻璃钢/PMI泡沫夹层结构泡沫密度为(110±10)kg/m3,厚度28 mm,纵、横向侧压强度为32.9、30.5 MPa、模量为2.31、2.38 GPa,满足设计指标侧压强度≥25 MPa、模量≥2.0 GPa的要求,采用玻璃钢/PMI泡沫夹层结构分步固化成型工艺研制的首件新型号整流罩冯卡门锥段,满足设计使用要求。     

蜂窝夹芯结构面内等效弹性参数的分析研究

针对Bernoulli Euler梁法计算蜂窝夹芯等效弹性参数的不足,利用3D有限元数值模拟技术,通过对不同材料、不同尺寸的正六边形蜂窝夹芯弹性参数进行数值模拟,给出了芳纶纸面内等效刚度和Poisson比随蜂窝夹芯几何参数变化关系,提出了等效弹性参数的计算公式和一种循环优化设计蜂窝夹芯板厚度的新思想,得到了一些Bernoulli Euler梁法无法得到的重要结论:正六边形蜂窝夹芯结构y方向的弹性模量大于x方向的1.5倍;等效Poisson比仅与蜂窝夹芯几何参数有关,而与材料常数无关等。最后通过与文献[11]铝质蜂窝夹芯的压缩实验结果比较,证实了本文所使用方法的有效性和部分公式的正确性。