碳纤维增强树脂基复合材料固化残余应力评估方法研究现状

在碳纤维增强树脂基复合材料设计及制备阶段，对成型过程残余应力进行准确的测试、评估，可为结构优化、工艺参数制定、模具参数选择等提供理论依据，也为后续应用阶段残余应力对复合材料构件性能结构稳定性影响研究提供基础。文中概述了碳纤维增强树脂基复合材料固化残余应力的形成机制，介绍了测试方法以及仿真模拟的原理、特点及在碳纤维增强树脂基复合材料残余应力评估中的应用，对仿真所需的主要性能参数的数值、测试方法进行了总结，基于仿真方法的多种优势，认为该方法为残余应力评估重点发展方向，提出该方法未来的研究重点，为进一步优化热物理、力学等性能时变特性模型，提高仿真模型的准确性，并将性能测试方法标准化；建立各类树脂、纤维仿真数据库；进行各类型复合材料构件的残余应力仿真结果准确度的验证研究。     

1700℃高温、有氧及时变环境下隔热性能试验研究

针对高超声速飞行器面临极端高温热环境、飞行器外壳单侧面受热以及温度历程非线性时变的特点,自行设计并建立辐射式极端高温氧化环境下的单侧面试验加热装置,实现了1700℃高温有氧环境下对高超声速飞行器热防护材料的隔热性能试验测试。同时,对轻质陶瓷材料试验件和新型陶瓷、纳米材料复合结构在高达1700℃的高温氧化环境下的隔热性能进行试验测试,并对不同材料及其组合模式进行对比分析,优选高效能的隔热方案,发现陶瓷、纳米材料复合结构试验件比单层轻质陶瓷材料试验件的隔热效果提高了约50%。另外,生成了极端高温非线性时变热环境,并进行相应的隔热性能试验。通过建立极端高温、有氧、单侧面加热、非线性时变热环境试验系统及其实际应用研究,为高超声速飞行器的热防护设计提供重要的试验手段。     

1700°C高温、有氧及时变环境下隔热性能试验研究

针对高超声速飞行器面临极端高温热环境、飞行器外壳单侧面受热以及温度历程非线性时变的特点,自行设计并建立辐射式极端高温氧化环境下的单侧面试验加热装置,实现了1700℃高温有氧环境下对高超声速飞行器热防护材料的隔热性能试验测试。同时,对轻质陶瓷材料试验件和新型陶瓷、纳米材料复合结构在高达1700℃的高温氧化环境下的隔热性能进行试验测试,并对不同材料及其组合模式进行对比分析,优选高效能的隔热方案,发现陶瓷、纳米材料复合结构试验件比单层轻质陶瓷材料试验件的隔热效果提高了约50%。另外,生成了极端高温非线性时变热环境,并进行相应的隔热性能试验。通过建立极端高温、有氧、单侧面加热、非线性时变热环境试验系统及其实际应用研究,为高超声速飞行器的热防护设计提供重要的试验手段。     

高硅氧/酚醛复合材料热变形实验测试及表面烧蚀形貌分析

通过非接触式高温变形测量系统,对高硅氧/酚醛防/隔热复合材料在单侧热流载荷作用下的温度和全场高温变形进行了精确测量,并对试样体积烧蚀后的表面微观形貌进行分析。实验结果表明,利用陶瓷板在1 000℃左右对高硅氧/酚醛复合材料试件辐射加热200 s后,通过测量发现距离加热面12.62 mm处热电偶温度峰值为259℃,从而说明高硅氧/酚醛复合材料具有优良的防/隔热性能。通过DIC方法测得试样加热200 s后沿加热方向的最大位移为0.18 mm,且沿着试样加热方向位移呈现出逐渐递减的规律。通过对材料烧蚀后表面形貌微观观测和分析,发现在试样加热面上出现了凹凸不平的烧蚀坑,并出现了一层很薄的高硅氧纤维高温熔融后的硅氧化合物颗粒结晶状物质。     

1700℃有氧环境下高超声速飞行器轻质防热材料隔热性能试验研究

文章针对高超声速飞行器需面临极端高温有氧热环境以及舱体表面单侧面受热的特点,建立了由硅钼发热体作为热源的红外辐射式超高温、时变、单侧面加热试验测试系统,开展了高达1700℃的有氧环境下高超声速飞行器轻质防热材料的隔热性能试验。另外,为了研究和优选高效隔热方式,对高超声速飞行器用单层轻质陶瓷隔热材料和陶瓷/纳米材料叠层复合结构在1700℃高温有氧环境下的隔热特性进行了试验测试;通过试验结果的对比分析,发现陶瓷/纳米材料复合叠层结构比单层轻质陶瓷材料的隔热效果提高近50%。     

碳化硅铝基复合材料的应用与加工

文中就近年来国内外对碳化硅铝基复合材料的研究、应用和加工进行综述，并就碳化硅铝基复合材料在中国航天仪器产品的上的应用、测试状况进行了分析。主要内容包括：碳化硅铝基复合材料的制备、材料性能的对比分析、力学试验内容和结果、热平衡试验分析。并详细地介绍了这种材料的机械加工和热处理方法。此外还结合国外对碳化硅铝基复合材料的研究应用现状，提出了这种材料在中国航空航天高科技领域应用发展前景的看法。     

C/C-SiC复合材料的氧化行为与等效弹性性能计算模型研究

结合伴随化学反应的质量传递理论,研究了C/C-SiC复合材料的氧化机理,获得其氧化动力学模型。通过建立各材料组元(碳、碳化硅或其他材料)合理的氧化动力学方程,结合已有的C/C-SiC微结构参数化建模及性能预测技术,将氧化机理与微结构表征建模相结合,建立C/C-SiC复合材料在高温氧化环境下的弹性性能随温度、时间等参数变化动态预测模型,实现对高温环境下各种复杂构型C/C-SiC复合材料的性能预测研究。数值计算结果和实验数据吻合较好,表明该文建立的数值模型,可有效预测高温氧化环境下C/C-SiC的质量变化和等效弹性性能。     

热循环对原子氧与树脂基复合材料 交互作用的影响

文章选取M40/DFA-1和M40/AG-80两种碳纤维增强树脂基复合材料,进行了热循环对原子氧与这两种材料交互作用影响的研究。原子氧反应率的计算和层间剪切性能测试的结果表明,一定温度区间一定次数的热循环使得材料与原子氧交互作用减弱。该研究应用X射线光电子能谱仪（XPS）和扫描电子显微镜（SEM）对样品表面成分和形貌进行了分析。根据分析结果,初步提出热循环对增强树脂基复合材料自身抗原子氧侵蚀能力的作用机理。     

包含细微缺陷的碳纤维增强复合材料管件结构弯曲性能表征

碳纤维增强树脂基（CFRP）复合材料管件结构力学性能受其内部细微缺陷的影响。对前期经历过恒温蠕变（25℃、60℃、100℃）和温度循环蠕变试验（-60℃~100℃）的CFRP管件,开展准静态弯曲加载测试和微观观测研究,分析细观缺陷对管件弯曲性能的影响。在此基础上,对CFRP管件中的基体微裂纹和微孔洞开展理论建模,建立包含特定微裂纹密度和孔隙率的复合材料层合结构本构关系。以基体裂纹和平面圆形孔洞为例,分析了两种细观缺陷对材料刚度性能的影响,与文献中的实验结果对比表明,上述损伤模型能够预测由于微裂纹和微孔洞引起的材料刚度性能下降。进而以微裂纹密度和孔隙率为内变量,建立兼顾微观损伤响应和宏观性能表征的CFRP管件力学性能分析模型,运用有限元方法计算CFRP管件弯曲模量和弯曲强度,结果表明,该模型能够有效预测CFRP管件由蠕变损伤导致的弯曲性能变化。     

针刺C/C复合材料高温力学性能试验及本构关系

为研究针刺C/C复合材料高温下力学性能,通过C/C材料试件不同温度下的拉伸、压缩及剪切性能试验,观察试件在高温和外载荷作用下的破坏模式,获得了材料不同温度下的应力-应变曲线。基于对Jones-Nelson-Morgan模型改进并引入温度系数,建立了C/C复合材料高温本构关系模型,并与试验结果进行了对比。结果表明,在温度≤1800℃,针刺C/C材料为线弹性本构关系,C/C材料拉伸、压缩及剪切强度均随温度的升高呈先升高、后降低趋势,在温度≥1600℃后,强度逐渐降低;建立的高温本构模型计算结果与试验结果吻合较好; C/C材料整体表现为脆性破坏,拉伸破坏纤维拔出尺寸较短,压缩破坏断口呈现45°豁口。     

耐高温气凝胶隔热材料研究进展

气凝胶是一种由胶粒或者聚合物单体相互聚合构成的具有三维网络骨架的固体纳米材料,具有超低密度、低热导、高比表面积和高孔隙率等优异性能。气凝胶材料的孔隙率在90%以上,且气凝胶材料内部的介孔结构使得气凝胶具有极佳的隔热性能。同时,气凝胶材料的低热导率和高耐温性可以让其在高温下仍能保持良好的三维纳米网络结构,不会发生高温烧结现象。因此,气凝胶材料在轻质耐高温防隔热材料领域得到了广泛关注。本文重点介绍了耐高温气凝胶隔热防护材料耐温性能研究及发展现状,且对耐高温气凝胶隔热防护材料的发展进行了展望。     

航天器热防护材料的发展概述

文章简要介绍新型航天器的热防护材料的发展概况,重点介绍国内外碳/碳复合材料、超高温陶瓷材料、陶瓷基复合材料及新型隔热材料等热防护材料研究工作及其在飞行器上的应用,并对防隔热材料的发展趋势作简要评述.     

高空发动机燃料主管路防热罩设计优化

针对火箭飞行工作中高空发动机燃料主管路系统防热罩存在热防护能力不足的问题,开展了高空羽流条件下的仿真计算和分析,依据温度计算值确定了防热罩紧固件在高温下抗拉伸强度低,在较高拧紧力矩条件下存在锌、镉脆断裂的薄弱环节,从而导致防热罩脱落。防热罩脱落后其内充填的隔热包覆材料被羽流吹落,燃料主汽蚀管连接法兰直接暴露在高温羽流环境中,高温导致法兰连接及密封失效从而产生燃料泄漏。针对防热罩热防护设计中存在的薄弱环节完成了设计改进,采用头锥形防热罩、高温合金材料的紧固件和多层耐高温隔热材料捆扎包覆等设计改进方案后,经过了高温、振动、地面发动机热试车和飞行试验验证,未出现前述故障。     

低特征信号绝热层用硅氧烷树脂研究

简述了用于固体火箭发动机低特征信号绝热层研制的发展现状。对多种硅氧烷树脂（ＲＴＶ）进行了筛选和信号透过率，热失重，力学及粘接笥能试验。试验结果表明，与使用ＥＰＤＭ绝热层材料相比，使用ＲＴＶ绝热层材料，火箭发动机燃烧室羽流具有较高的信号透过率；ＲＴＶ还具有较好的热性、力学及粘接性能，适于用作低特征信号绝热层的基体材料。     

导弹及固体火箭的外防护材料

叙述了导弹火箭系统外绝热防护，抗核辐射并介绍了作为固体火箭发动机结构材料的增强纤维／树脂、等复合材料抗氧化途径。     

防热复合材料的烧蚀机理与模型研究

烧蚀材料在高温环境中因物理、化学和力学因素造成质量损失，影响其性能。建立相应的热化学和热力学烧蚀模型，分析其传热特性和力学性能的演化规律，建立材料的热毁损判据，是复合材料防热结构设计所面临的重要问题。本文综述了近年来文献中对炭基复合材料烧蚀机理的研究，并对几种烧蚀模型进行了评价。     

Thermal conductivity studies of a polyurea cross-linked silica aerogel-RTV 655 compound for cryogenic propellant tank applications in space

Silica-based aerogel is an ideal thermal insulator with a makeup of up to 99% air associated with the highly porous nature of this material. Polyurea cross-linked silica aerogel (PCSA) has superior mechanical properties compared to the native aerogels yet retains the highly porous open pore network and functions as an ideal thermal insulator with added load-bearing capability necessary for some applications. Room temperature vulcanizing rubber-RTV 655—is a space qualified elastomeric thermal insulator and encapsulant with high radiation and temperature tolerance as well as chemical resistance. Storage and transport of cryogenic propellant liquids is an integral part of the success of future space exploratory missions and is an area under constant development. Limitations and shortcomings of current cryogenic tank materials and insulation techniques such as non-uniform insulation layers, self-pressurization, weight and durability issues of the materials used, has motivated the quest for alternative materials. Both RTV 655 and PCSA are promising space qualified materials with unique and tunable microscopic and macroscopic properties making them attractive candidates for this study. In this work, the effect of PCSA geometry and volume concentration on the thermal behavior of RTV 655—PCSA compound material has been investigated at room temperature and at a cryogenic temperature. Macroscopic and microscopic PCSA material was encapsulated at increasing concentrations in an RTV 655 elastomeric matrix. The effect of pulverization on the nanopores of PCSA as a method for creating large quantities of homogeneous PCSA microparticles has also been investigated and is reported. The PCSA volume concentrations ranged between 22% and 75% for both geometries. Thermal conductivity measurements were performed based on the steady state transient plane source method.     

固体火箭冲压发动机补燃室绝热层烧蚀试验研究

补燃室热防护系统研究是飞航导弹固冲发动机研究的一项重要内容。设计了固冲试验发动机，采用新型绝热材料作为补燃室绝热层，并通过直连式试验研究考核该绝热层在补燃室恶劣条件下的工作情况，为固冲发动机补燃室热防护系统研究提供了可借鉴的资料。     

中温硫化三元乙丙橡胶绝热层配方研究

介绍了中温(80℃)硫化三元乙丙橡胶(EPDM)绝热层的各项性能,考察了促进剂种类对EPDM硫化特性的影响。结果表明,二硫代氨基甲酸盐类促进剂对中温硫化EPDM的硫化促进作用最好,该中温硫化EPDM绝热层的本体性能与高温硫化胶相当,且综合性能优良;发动机壳体修补工艺试验结果表明,配方性能和工艺性能均满足发动机修补要求。