碳/环氧编织复合材料热膨胀特性分析

采用理论与试验相结合的方法,研究了碳/环氧三维编织复合材料的热膨胀特性。通过试验方法获得了不同规格的三维编织复合材料在编织方向的热膨胀系数,并基于均匀化理论建立了编织材料热弹性性能的分析方法,对数值结果与试验值进行了比较。研究表明,三维编织复合材料在编织方向上具有典型的负膨胀特性;与三维四向编织结构复合材料相比,三维五向编织结构复合材料具有较小的负膨胀系数;三维编织复合材料编织方向的负膨胀系数随着纤维体积含量的增大而减小,随着编织角的增大而增大;基于均匀化理论的热弹性数值分析方法可有效地预报三维编织复合材料的等效热膨胀系数,数值计算值与试验结果吻合较好。     

高密度轴棒法C/C复合材料的热膨胀性能

以轴棒法4D编织预制体、高温煤沥青为前驱体,采用常压、高压相结合的液相浸渍-炭化技术制备高密度(≥1.95 g/cm3)的C/C复合材料,并研究了轴棒法编织C/C复合材料在RT~1000℃的热膨胀性能及其影响因素。结果表明,由于材料预制体编织结构与微观结构的界面裂纹具有方向性,导致了C/C复合材料热膨胀表现出明显的各向异性,径向热膨胀系数低于轴向,高温尺寸稳定性较好;轴棒法C/C材料的热膨胀行为在800℃出现拐点,拐点与材料界面裂纹愈合有关,受最终制备温度的影响很大;材料经2500℃热处理之后,拐点后延,整体热膨胀系数下降,随温度上升趋势变缓。     

编织参数对轴编C/C复合材料热膨胀系数的影响

将能量法和有限元方法相结合,预报了轴编C/C复合材料的热膨胀性能,通过与实验结果的对比,验证了预报方法的有效性;考虑编织间距和纤维棒直径的变化,预报了该材料热膨胀性能随编织参数的变化。结果表明,采用能量法预报C/C复合材料的热膨胀系数具有较高的精度;轴编C/C复合材料的热膨胀系数随编织间距的增大而减小;随半径的增大,轴向的热膨胀系数逐渐减小,而径向的热膨胀系数逐渐增加。     

晶须增韧陶瓷的微裂纹演化及本构描述

本文利用作者改进的等效夹杂理论研究了含随机分布晶须和微裂纹陶瓷的微裂纹演化及由其引起的材料本构非线性，定量计算了热残余应变、晶须含量及尺寸比的影响，对材料的微裂纹演化及破坏过程进行了数值模拟，得到了一些有意义的结论     

径棒法编织C/C复合材料热膨胀性能

热膨胀系数是表征C/C复合材料热稳定性的关键性能参数。为了解材料的热膨胀行为,以径棒法编织C/C复合材料为实验材料,分析了该材料的热膨胀性能。结果表明,径棒法编织C/C复合材料热膨胀性能呈现明显各向异性特征,径向方向材料的热膨胀系数最大。随着温度升高,材料热膨胀系数呈现增大趋势,800～1 000℃热膨胀性能趋于稳定。在本次实验中,材料密度由1.89 g/cm3提高至1.96 g/cm3,热膨胀系数增大。对完成致密的样品进行900℃热处理,材料1 000℃下径向热膨胀系数由热处理前的8.486×10-6℃-1降低至3.488×10-6℃-1。     

HTPB复合固体推进剂内损伤的CT识别

本语文通过ＨＴＰＢ复合固体推进剂断面层的计算机层析识别实验结果分析，并在微裂纹类型单一的假设条件下定量分析了材料内部微裂纹分布的密集程度和微裂纹面积的大小，建立了ＨＴＰＢ复合固体推进剂损伤的ＣＴ数学识别模型和方法。     

基于非线性系数的金属构件寿命预测研究

通过对位错引起的超声非线性行为理论模型的研究,发现超声非线性系数的变化与疲劳损伤累积过程中位错密度的变化趋势相对应。基于上述理论,利用非线性超声对45#钢三点弯曲试件的微裂纹扩展进行了检测,实验发现位错密度的变化趋势与微裂纹扩展的3个阶段紧密相关。因此,利用非线性系数作为特征参数实现了对微裂纹扩展不同阶段的表征,从而实现了金属构件剩余寿命的预测,并且验证了超声非线性系数与位错密度成正比的位错理论。     

C/C复合材料表面烧蚀细观形貌损伤分析

基于C/C复合材料烧蚀表面细观形貌和细观结构上的流场分布规律研究,着重分析了微裂纹尺寸对C/C复合材料中Z向纤维和基体界面上因变温引起的开裂损伤的影响,给出了微裂纹随温度变化的扩展规律及微裂纹特征尺寸随温度变化的表达式;提出了在高温下因变温而造成的损伤模型,为C/C复合材料结构烧蚀计算提供了一种基础性理论。研究结果表明,高温下变温会引起C/C复合材料力学性能的劣化。     

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。     

钛合金中微裂纹的超声红外热像检测技术研究

研究了超声红外热像检测技术的原理,利用有限元分析方法,建立了钛合金刀具样件和裂纹的二维热传导有限元模型,通过有限元数值计算方法,对超声波在裂纹处激发的热源引起的瞬态温度场进行分析,然后对含有微裂纹的钛合金刀具样件进行实际检测。结果表明,超声红外热像检测技术对钛合金材料中的微裂纹定性检测快速有效,且是无损检测。对微裂纹检测的实验结果与利用有限元方法计算结果基本一致,证明有限元模型的正确性,并为钛合金材料中微裂纹的定量检测提供了新的方法和参考依据。     

大型薄壁多层编织铜超声焊接接头组织与性能

利用超声波焊接技术实现大平面超薄铜箔与多股双层镀银编织铜的焊接,该技术服役于将来的中国空间站。分析了不同参数对连接力学性能的影响,利用扫描电子显微镜对典型接头界面处的微观组织特征进行了分析,并采用有限元仿真的方式对连接行为进行了仿真。结果表明:采用超声波焊接实现了薄壁铜层与镀银编织铜的焊接,焊点连接面处组织致密,无明显缺陷;焊点连接处由Ag和Cu元素组成,焊接温度远未达到熔点,为低温连接行为,其连接机理为扩散连接;在焊接能量为120 J、0.276 MPa参数下,母材拉脱力可达到90 N。     

Vectran纤维复合材料拉伸与撕裂性能研究

文章对Vectran纤维织物及Vectran纤维织物复合材料的拉伸和撕裂性能进行了试验研究;分析了环境温度对Vectran纤维织物拉伸性能的影响;讨论了不同涂层厚度下织物复合材料的抗拉特性与破坏模式。试验结果表明Vectran纤维织物材料的拉伸性能明显的受环境温度影响;材料失效破坏模式,对Vectran纤维织物主要为纤...     

用于航天器贮箱的复合材料层合板低速冲击损伤及其渗漏规律研究

得益于优异的力学性能和减质优势,贮箱复合材料化已成为新一代航天器的重要特征之一,而复合材料贮箱的冲击后渗漏问题须要重点关注。针对一种用于航天器贮箱的含表层机织布复合材料层合板,通过依次开展低速冲击试验、C扫描损伤检测和氦质谱渗漏检测,获取不同能量冲击后层合板的内部分层损伤和渗漏率,并对比分析了机织布分别置于冲击侧和背侧时层合板的渗漏规律。结果表明,将机织布层置于冲击背侧时,层合板的冲击渗漏门槛值显著提高,且发生渗漏时出现目视可见损伤。     

空间结构展开与刚化

空间展开结构具有能构建大型结构、轻质而且成本低廉的特点。在航天器中呈折叠状的空间结构在空间充气展开后，要呈刚化，使其不因温度变化而引起变形并且不会因空间碎片或流星体的碰撞而被损坏。文中提出了展开前的折叠方法和包装效率评估方法。提出了两种刚化薄膜，在储存状态下易于折叠并能保持其所有的性能。一种采用单层薄膜浸渍长储存寿命树脂基的三轴编织纤维，另一种采用宽广温度范围长储存寿命的交互编织纤维刚性薄膜。     

Mechanical study on initial profile solution for inflatable reflector made of orthotropic material

The woven fabric membrane materials are widely used in space and terrestrial inflatable reflectors. However the material?s anisotropy makes the design analysis more complex. The deviation from the desired shape, so-called “W-profile error”, influences the precision of the membrane surface significantly. In this study, a model of an axisymmetric paraboloid surface using membrane theory is established for the purpose of facilitating the surface precision optimization. Analytical solutions for displacements of the reflector are derived. An iteration method of initial reflector profile solution is stated and a finite element (FE) software employed in the solution is presented. A case study is illustrated to make a comparison between numerical and theoretical analyses. Finally, the conclusions are drawn that the analytical method and the FE iterative method for initial profile solution are feasible and efficient.     

三维机织复合材料纤维体积含量计算方法

三维机织复合材料的纤维体积含量是一个表征其性能的重要指标,目前尚无确切的检测标准可依。文中阐述了适用于三维机织复合材料纤维体积含量测定的3种新方法：称量法、理论模型法、数字图像分析法。分析了每一种方法的适用范围,并指出数字图像分析法是今后的发展方向。     

三维机织预制体增密速率分析

研究了三维机织预制体孔隙结构对CVI及树脂浸渍增密速率的影响,并利用偏光显微镜和电镜对三维机织微观结构进行观察.结果发现,三向正交机织(SZJ)预制体由于孔隙分布较窄,且气孔平直,使其致密化速度较快;角联锁机织(JLS)预制体由于经纬交织成网状结构,孔隙分布较宽,且气孔弯曲,使其致密化速度较慢.在偏振光下观察,二者虽然都获得粗糙层结构热解炭,但微观结构仍存在差别,三维角联锁C/C复合材料与三向正交C/C复合材料比较,前者消光角大,形貌更为粗糙,更富有层次感.     

Thermoelastic characteristics testing on kevlar samples for spacecraft structures

The tensile properties, the thermal expansion coefficient and the thermal conductivity of woven roving (WR) reinforced Kevlar fabrics were experimentally determined. Theoretical values for tensile Young's modulus were calculated by simulating a fabric as an equivalent cross-ply laminate. As thermal expansion coefficient concerns the fabrics have shown an isotropic behaviour. The thermal conductivity normal to fabric plane has also been determined.     

3D复合材料中非线性纤维搭桥下脱层的屈曲和初始后屈曲

建立了缝纫层合板和编织复合材料等3D复合材料中非线性纤维搭桥下脱层屈曲的计算模型,根据最小总势能原理分析了脱层屈曲和初始后屈曲问题,得出了非线性纤维搭桥下脱层屈曲的一些重要特征,预报了强化型非线性搭桥脱层初始后屈曲的稳定性和软化型搭桥初始后屈曲的不稳定性。     

铝合金弹丸超高速撞击玄武岩纤维布损伤分析

高强度、高模量纤维防护材料是航天器空间碎片超高速撞击防护结构材料的发展趋势之一。开展弹丸超高速撞击高强纤维材料时的损伤分析是空间碎片防护结构研究开发设计的重要环节。玄武岩纤维是近年来受到人们关注的一种高强度、高模量纤维。文章对铝合金弹丸超高速撞击玄武岩纤维布的损伤特性进行了分析研究,观察到了弹丸前部的损伤形态。根据试验结果拟合得到了铝合金弹丸后部产生初始破坏的临界破碎速度方程。分析表明:在试验范围内,铝合金弹丸撞击玄武岩纤维布的临界破碎速度低于撞击铝合金板的,即玄武岩纤维布对铝合金弹丸的破碎能力优于铝合金板。