高性能黏弹性阻尼材料及其应用

全面介绍了航天材料及工艺研究所30多年来研制的黏弹性阻尼材料的性能及其特性,并着重介绍了近10年来在阻尼减振结构设计、黏弹性阻尼材料研制及其工程应用研究等方面的主要进展.     

弹性件剪切模量随压力变化的试验分析

通过单轴拉伸与平面拉伸试验,得到了柔性接头弹性件橡胶材料“三阶五项式”超弹本构模型参数,通过有限元计算证明了该模型的优越性.为了获得柔性接头弹性件材料剪切模量随容压的变化规律,设计了双轴加载试验装置和表征柔性接头弹性件的三重片试件,进行了压缩剪切联合加载试验及有限元数值模拟.试验结果发现,橡胶材料的剪切模量并没有随压力的升高而减小,该现象与计算结果吻合较好.     

科技信息

1992年6月航空航天部七○三所研制的航天材料物理性能数据库一期工程,通过验收鉴定。 该库是一个直接为航天武器及航天飞行器设计研制和航天材料科学与工程研究服务的综合性材料性能数据库。录入的材料以航天型号需求为背景,包括航天用金属、非金属和复合材料,性能包括拉、压、弯、剪等短时特性和疲劳、断裂、持久等长时力学性     

考虑孔隙的针刺C/SiC复合材料弹性参数计算

基于针刺陶瓷基复合材料试件(CMCs)光学显微照片的微观型貌,并选择恰当的代表体积单元(RVE),建立了针刺陶瓷基复合材料弹性性能预测的单胞模型.考虑了孔隙率对基体和纤维束弹性性能的影响,采用混合率计算出纤维束的弹性常数,然后将纤维束和基体的弹性参数代入到单胞模型中,通过有限元法计算得到复合材料的整体弹性常数.开展了材料拉伸试验和孔隙率测定试验,测得材料的开孔孔隙率为7.33%,闭孔孔隙率为10.67%,弹性性能的计算结果与试验吻合较好,误差为3.1%.      

BE120—2CA／3CA应变计的线／弹性应变范围

在材料实验机上,采用简单的拉伸方法确定了应变计的线/弹性应变范围.实验证明,用该方法确定的应变计的线/弹性应变范围完全能满足工程测试的需要.     

基于并行流变框架HTPB推进剂本构模型研究

基于并行流变框架提出了一种能够表征HTPB推进剂材料非线性变形行为的本构模型。基于Yeoh超弹性模型和Boyce流变模型建立了两节点HTPB推进剂本构模型;开展了HTPB推进剂定速单轴拉伸实验和松弛实验,利用单轴拉伸实验数据获取了本构模型参数,并对材料松弛行为进行了理论计算,结果表明,模型计算结果与和实验数据一致性超过90%。应用三维有限元法,采用本文模型、基于Prony级数的线性黏弹性模型和工程中使用的线弹性模型对拉伸实验和松弛实验进行了仿真分析,结果表明,在拉伸实验中当应变小于10%时三者一致性较好,大于10%时,所提本构模型可准确预示材料的变形行为,在松弛实验中本模型计算结果与实验数据一致性远高于基于Prony级数的线性黏弹性模型。理论分析和三维有限元仿真结果均表明,所建立的本构模型可以准确捕捉HTPB推进剂材料的非线性行为,可用于固体火箭发动机推进剂结构预示分析。     

SiO_(2f)/SiO_2织物复合材料变形及弹性常数研究

以溶胶-凝胶法制备的层状SiO_(2f)/SiO_2织物复合材料为研究对象,采用试验和数值方法研究了材料的变形机制和弹性常数。首先,采用试验方法测量了材料沿纤维方向的弹性模量;其次,采用代表性体积单元法建立材料的胞元模型,并基于周期性边界条件,得到材料的等效杨氏模量,与通试验结果相比较,验证有限元模型的可靠性;最后,通过有限元方法分析胞元在不同拉伸载荷、剪切载荷作用下的变形,从而得到材料的等效拉伸模量、剪切模量和泊松比共9个弹性常数。研究表明:基于周期性边界条件的代表性体积单元法解决了胞元变形不协调问题,可用于预测材料的弹性常数模量,分析结果与试验测试结果相吻合,能够正确反映SiO_(2f)/SiO_2复合材料的力学行为。研究结果可为材料的结构设计和优化提供参考。     

XM23胶的单轴拉伸试验及超弹性本构模型构建

文摘XM23胶广泛应用于航天光学遥感器,用于粘接光学透镜与金属结构件,可以起到减振作用。目前对XM23胶的力学性能的研究都是基于线弹性理论,但XM23胶是一种高聚合物,表现出非线性特征,无法使用线弹性材料的杨氏模量和泊松比进行准确地表征。本文首先通过XM23胶的单轴拉伸试验测试出该胶的应力应变数据,基于超弹性理论,尝试运用3种超弹性本构模型进行数据拟合。分析发现,Mooney-Rivlin 3参数本构模型最适于表征XM23胶的力学性能,其本构模型材料参数C₁₀为-0.205 9 MPa、C₀₁为0.688 8 MPa、C₁₁为0.055 7 MPa。利用此本构模型使用有限元软件模拟了该胶的单轴拉伸试验,仿真得到应力应变数据在误差范围内与试验数据一致。XM23胶的超弹性本构模型构建为XM23胶的胶接结构有限元建模提供了理论和数据支撑。     

针刺陶瓷基复合材料损伤本构模型及构件应力分析

基于连续介质损伤力学方法提出了适用于针刺陶瓷基复合材料的各向异性损伤本构模型.该模型考虑了拉伸与剪切损伤的影响.通过试验得到了材料的拉伸和剪切的应力-应变曲线,采用曲线拟合获得了本构模型的参数.应用用户子程序技术将本构模型写入商用有限元软件,计算所得拉伸和剪切的应力-应变曲线与试验曲线比较吻合,最大误差分别为5.62%和1.47%.使用该损伤本构模型及弹性模型计算了航空发动机尾喷管调节片在气动和温度载荷下的力学响应,两者计算所得应力分布相似,但损伤本构模型计算值明显小于弹性模型计算值.      

一种修正的应变范围区分法

针对高强度、低延性材料非弹性应变范围小、难以区分的特点,提出一种修正的应变范围区分方法。该方法不区分非弹性应变中的塑性和蠕变,定义了3种基本类型的非弹性应变范围,即拉伸塑性-压缩塑性非弹性应变范围、拉伸塑性和蠕变-压缩塑性非弹性应变范围和拉伸塑性-压缩塑性和蠕变非弹性应变范围。对同时包含拉/压蠕变的循环,采用线性累积损伤法则预测其寿命。用Rene’95材料650℃下控制应变的循环松弛试验数据对修正方法进行了验证,结果表明:对Rene’95材料的蠕变疲劳寿命,修正方法的预测能力好于应变范围区分法(SRP),对基本试验的寿命预测精度基本上在2倍范围之内。      

固体火箭发动机柔性接头弹性件力学性能研究

针对固体火箭发动机柔性接头中的橡胶材料，研究了在进行这种橡胶结构有限元计算中橡胶材料的力学行为的表征。进行了单轴拉伸与简单剪切材料力学性能试验，根据不同材料模型对试验曲线进行了拟合，并用MSC／Marc软件模拟了超弹性材料的单轴拉伸与简单剪切变形过程。结果表明：采用单轴拉伸试验数据预测材料剪切性能会造成明显误差，而简单剪切试验得到的模型可以比较准确描述材料的拉伸和剪切变形，针对柔性接头这种以剪切变形为主的结构，应选取剪切试验数据；当应变大于150％时，不同材料模型与试验数据的选用范围对计算结果具有明显影响。     

不饱和聚酯树脂与双马来酰亚胺的共聚改性研究

介绍利用双马来酰亚胺（ＢＭＩ）作为共聚单体与不饱和聚酯（ＵＰ）树脂进行共聚反应,从而大幅度地提高材料玻璃化转变温度、弹性储能模量、拉伸和弯曲性能的方法,并通过实验加以分析验证。     

航天材料空间环境效应地面模拟试验标准体系

首先对航天器在不同轨道将遇到的空间环境进行了分析,对航天材料在不同空间环境下的损伤效应与机制进行了探讨,并对不同空间环境对航天材料的协同效应进行了研究。进而在对国内外主要航天机构或国家的航天材料空间环境效应地面模拟试验标准建设情况进行梳理的基础上,借鉴国外航天材料空间环境效应地面模拟试验评价标准的建立和使用经验,构建了由通用方法、单一空间环境和多因素空间环境协同作用下的航天材料空间环境效应地面模拟试验标准体系。     

显微CT技术在航天材料中的应用

针对目前大型工业CT分辨率受限的问题,本文简述了显微CT技术的概念、原理、技术优势,通过显微CT技术对典型航天材料的检测实例,研究了显微CT技术在小尺寸的航天材料检测中的优势.结果表明,显微CT技术能够发现材料中微米级缺陷,能够观察材料中微小缺陷在空间的形貌及分布,并且能通过图像处理软件统计缺陷的尺寸分布,为航天材料无...     

前言

正"一代材料,一代装备",经过近60年的发展,航天材料对航天运载工具、航天飞行器的发展发挥了重要支撑作用,先进复合材料在导弹、运载火箭、卫星、飞船上更是起到不可替代的作用,并已逐步形成了适合航天产品不同结构类型、满足不同使用要求的材料体系及成型工艺,航天复合材料成形与加工技术已成为航天工艺技术的重要组成部分。中国航天科技集团公司复合材料成形与加工工艺技术中心(以下简称"中心")成立于2012年初,航天材料及工艺研究所为理事长单位,西安航天复合材料     

粉末耐热钛合金组织性能及成形技术

采用热等静压技术及旋转电极粉,采用预合金粉粉末冶金工艺开展了粉末耐热钛合金TC11(Ti-6.5AJ-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si)制备技术研究,研制出了全致密粉末TC11合金,通过热处理工艺研究优化粉末TC11材料的组织和性能.利用光学显微镜,对其组织进行了分析,用SEM观察了旋转电极粉末形貌,对室温及高温(550℃)拉伸性能及弹性模量等进行了测试分析.粉末TC11合金的组织和性能与同批次TC11锻棒材料进行了对比研究.利用特殊模具成形,开展了粉末TC11构件近净成形技术的研究,实现了整体大尺寸、带网格加强筋的薄壁粉末TC11合金航天飞行器舱体件近净成形,且未检测出内部缺陷.研究结果表明,粉末TC11合金具有与锻造材料相当的拉伸性能,而弹性模量更优,其金相组织均匀细致,形成了网篮组织,并有围绕其分布的等轴α.粉末TC11合金及合适的近净成形技术可在高性价比、高可靠性的轻质耐热航天飞行器构件制备中得到应用.     

航天材料空间环境效应损伤机制及关联性研究

基于航天材料在轨将遭遇多种空间环境的作用且不同空间环境对航天材料的损伤存在一定的关联性,本文首先对航天材料的空间环境及效应进行了介绍,接着对真空、温度、微重力、等离子体、粒子辐射、太阳电磁辐射、空间大气、空间碎片及微流星体、空间污染、空间动力学、腐蚀及空间生物等环境对航天材料的损伤机制及不同损伤机制之间的关联性进行了研究,最后对需要进一步研究和关注的方向进行了讨论并给出了发展建议。     

日本研制出弹性陶瓷

日本科学家凯姆领导的研究小组研制出一种能随意拉伸的弹性陶瓷材料 ,拉伸后长度可比原来增加 10倍以上。陶瓷是一种在人类生活中用途极为广泛的材料 ,小到咖啡杯 ,大到飞机零件 ,它具有重量轻、用途广的特点 ,美中不足的是极易破碎。长期以来 ,科学家们一直希望能够研制出延展性更好的陶瓷材料。现在 ,日本国家材料科学研究所的凯姆研究小组宣布 ,他们已成功地解决了这一问题 ,研制出一种具有弹性的陶瓷材料 ,它不仅能随意拉伸 ,还不容易被打碎。研究人员称 ,由于普通陶瓷是由大颗粒原料组成的 ,所以易碎 ,而新的弹性陶瓷的原料颗粒比灰尘…     

空间数据通信协议SCPS—TP应用研究

目前对Vegas拥塞避免机制在SCPS—TP协议上的应用已经有了一定的研究;由于在航天测控网中存在着网络拓扑结构改变现象,这会严重影响Vegas机制的性能。本文提出一种基于BP神经网络的Vegas改进算法,设法减小航天测控网网络拓扑结构改变对Vegas机制性能的影响。仿真实验表明,该算法明显提高了SCPS—TP协议在航天测控网中的数据传输性能。     

BTi-62421S 高温钛合金超塑性能及应用

对BTi-62421S高温钛合金进行了高温超塑性拉伸实验,通过研究超塑条件下的力学性能、金相组织及拉伸断口形貌,确定了该合金高温拉伸条件下的断裂机制及超塑成形最佳变形工艺参数,在此基础上进行了BTi-62421S钛合金框架零件的超塑性成形实验。结果表明:BTi-62421S钛合金在920℃,应变速率10-3/s时具有最佳超塑性能,伸长率达到448.5%;该合金拉伸断裂机制以韧性断裂为主,但在不同变形参数下伴随着不同程度的脆性断裂;在超塑条件下可以成形出满足使用要求的航天用钛合金框架零件。