铝合金Ly12超塑等温变形时力学行为的研究

本文研究了供应状态铝合金Ly_(12)软化处理工艺及其超塑等温镦粗和拉伸变形时的力学行为。研究结果表明,供应状态Ly_(12)经软化处理后,变形抗力能降低20～30％。软化处理后变形工艺参数是:变形温度均420～440℃;应变速率为5×10~(-3)/s;当流动应力在15MPa之前,不同温度下,一分钟内的应变量都不大,当流动应力大于20MPa之后,提高变形温度,应变量随时间的延长增加很快。为复杂薄腹板筋型件的超塑等温模锻提供了可参考的工艺参数。     

供应态铝合金超塑成形试验

对航天结构常用材料供应态铝合金LY12、LF6板材的超塑性进行探讨的结果表明,在一定的温度,变形速率条件下,LY12CZ状态的板材的延伸率可达到420％,呈现出超塑性。LY12R及LF6M状态的板材的延伸率分别可达到240％及250％,呈现中等超塑性,均可用超塑成形的方法加工出形状复杂的结构件。铝合金超塑成形时对温度很敏感,要精确控制。     

LD10锻铝合金超塑性力学特性研究

超塑性拉伸试验表明,经超塑性预处理的棒状试样在经460℃、应变速率ε为3.33×10~(-3)S~(-1)条件下拉伸时获得延伸率δ为357％,流动应力口为20MPa。经超塑性预处理的板状试样在经460℃、δ为5×10~(-3)S~(-1)条件下拉伸时获延伸率δ为820％,流动应力口σ为48MPa。 试验证明,超塑性材料拉伸时的流动应力小于经过良好退火材料拉伸时的流动应力,在翼身较薄的铝合金翼片超塑性等温模锻时降低了设备吨位。     

用圆环压缩理论测定30CrMnSiA钢超塑等温变形用的摩擦系数

用圆环压缩理论测定高强度30CrMnSiA钢在超塑态等温变形时对两种玻璃润滑剂的摩擦系数,摩擦系数随变形温度和变形速度的变化而变化,770℃是最佳超塑性变型温度,最小摩擦系数的取得,还同应变速率的敏感性指数m有关。据此而正确选择润滑剂,并提供了润滑剂的润滑性能和实验装置。     

工艺条件对粉末浸渍CF/PEEK预浸料层压板力学性能的影响

为获得浸渍效果良好、力学性能优异的连续碳纤维增强聚醚醚酮耐高温热塑性复合材料(CF/PEEK),分别采用粉末浸渍槽法(方法1)、二次粉末涂覆法(方法2)、二次粉末涂覆+熔融浸渍法(方法3),制备了3种CF/PEEK预浸带。在380℃,20MPa条件下,通过模压成型制备了CF/PEEK复合材料层压板,并研究了其力学性能。结果表明:碳纤维含量均为61%时,通过方法3制备的CF/PEEK层压板综合性能最高。采用该工艺制备的单向层压板拉伸强度为2 238.41 MPa,拉伸模量为104.80GPa,弯曲强度为2 157.50 MPa,弯曲模量为142.01GPa,层间剪切强度为116.22MPa。双向层压板拉伸强度为1 114.17MPa,拉伸模量为62.84GPa,弯曲强度为1 317.34MPa,弯曲模量为70.82GPa,层间剪切强度为96.74 MPa。测试了CF/PEEK层压板的耐高温性能,150℃条件下的弯曲强度保持率为73%。     

碳纤维湿法缠绕基体配方及成型研究

研究了碳纤维增强复合材料用湿法成型工艺、基体配方的性能和使用期。研究的HTllA、HTllB两种配方浇注体拉伸强度达到100MPa以上。模量为3．9GPa．力学性能优良。配方具有较高的耐热性。使用期大于9h，完全适用于湿法缠绕成型。缠绕的~H50mm碳纤维增强复合材料容器特性系数(Py／Ⅳ)均大于34km．纤维强度转化率(K)达到82％以上。     

梯度硅铝管壳回流焊接快速冷却热力仿真研究

针对某航天电子管壳焊接组件冷却过程中的热力耦合影响问题,建立了焊接组件的有限元热分析模型,研究了在快速冷却过程中梯度材料分布对低温共烧陶瓷(low temperature co-fired ceramic, LTCC)基板、梯度管壳的残余应力和变形的影响。以不超过基板断裂强度为前提条件,以降低管壳整体的残余应力与变形为优化目标,采用了多因素变换优选法,确定了管壳材料的最优梯度分布方案,即合金管壳自上而下的梯度分布为Al-35Si、Al-42Si、Al-50Si、Al-60Si、Al-70Si。其中,Al-35Si厚度为2.5mm, Al-42Si与Al-60Si的厚度均为1.6mm, Al-50Si厚度为0.8mm, Al-70Si厚度为2mm。在该方案下,LTCC基板冷却至室温时的最大变形量为4.86μm,最大第一主应力为6.761MPa,远小于LTCC材料的断裂强度320MPa;管壳冷却至室温时的最大变形量为18.291μm,最大残余应力值为20.46MPa,远小于管壳材料的屈服强度100MPa。管壳各层之间的应力集中现象不明显,管壳的整体焊接质量得到提升。     

纤维增强复合材料静动态拉伸形变的碳纳米纸传感器监测

碳纳米纸可用作应变传感器监测纤维增强复合材料在静动态拉伸状况下的变形问题,这主要是通过测量与玻璃纤维增强复合材料一体固化成型的碳纳米纸传感器电阻变化来实现。试验结果表明,静态拉伸试验中,碳纳米纸传感器具有非常灵敏的应变传感性,在0~11 021με的应变范围内,其应变传感系数可达到22.1,在弹性极限点位置(应力为210MPa)电阻变化率发生突变;拉-拉疲劳试验中,当最大拉伸应力(215 MPa)大于弹性极限时,残余电阻变化率随疲劳周期增加明显加快;碳纳米纸传感器具有非常好的应变监测同步性和稳定性,完全可满足复合材料结构健康监测需要。     

尼龙和凯夫拉降落伞材料降解动力学

本文介绍尼龙66和凯夫拉29纱线在高温和各种湿度环境下的降解研究情况,提出了能模拟降解和计算速率常数的降解速率关系式。降解速率在开始时一般较慢,原因是有抑制剂存在。当抑制剂消失时,降解速率就会大大增加。相对湿度(RH)对降解速率的影响较大,尤其是100％相对湿度的影响更大。对尼龙而言,降解速率常数和相对湿度之间存在着指数关系。本文对动力学参数进行了评估,并计算了25℃时的降解速率常数。结果表明,假如相对湿度保持在10％以下,则尼龙66拉伸强度的安全值可保持25年以上。凯夫拉29的抗湿性能更好,可耐90％以下的相对湿度。降解受热氧化和湿度诱导的机理支配。湿度很高时,水份诱导的降解将占主导地位。     

蜂窝夹层结构镶嵌件拉伸承载力分析

蜂窝夹层结构镶嵌件是航天器结构中广泛应用的连接部件,其设计是否合理直接影响着航天器结构设计的好坏。为了得到镶嵌件受垂直于面板的拉伸载荷时的具体受力情况,按照蜂窝夹层结构镶嵌件的实际结构形式建立其有限元模型进行了计算分析。结果得出,镶嵌件承受垂直于面板的拉伸载荷时,蜂窝芯子是决定镶嵌件拉伸承载力的关键因素,其中,蜂窝芯子中的单层箔壁最先破坏。在此基础上,分析了芯子高度、密度及面板厚度对镶嵌件拉伸承载力的影响,提出了通过在镶嵌件周围局部加密蜂窝芯子提高镶嵌件拉伸承载力的措施。     

超高强铝合金LC9的超塑性研究

工业牌号超高强铝合金LC9经过两种不同方式的预处理后,在一定的温度和应变速率范围内呈现出良好的超塑性。材料经过形变热处理(TMT)后,在最佳超塑性条件下拉伸(T_(TMT)=515℃,ε_(TMT)=1.66×10~(-3)s~(-1)),获得很高的延伸率δ_(TMT)=1300％,低的流变应力σ_(TMT)=1.7MPa和高的应变速率敏感性指数m_(TMT)=0.66。经过简单锻造预处理后,在最佳超塑条件下(T_f=405℃、ε_f=1.66×10~(-3)s~(-1)),材料仍能获得δ_(f)=380％、σ_(f)=16MPa、m_(f)=0.3。TMT预处理中,η相粒子分布状态对获取微细组织起着决定性作用,η相的回溶降低了材料的空洞敏感性,抑制试样早期断裂。经过两种方式预处理的试样超塑性断裂形式分别为空洞型失稳断裂和颈缩型稳定断裂。     

耐350℃绝缘有机硅密封胶的性能研究

研制了一种耐350℃双组分绝缘有机硅密封胶,可以粘接金属(不锈钢、铝、钛合金、铜等)、陶瓷基复合材料、环氧树脂基复合材料、硅橡胶制品,粘接表面不需要底胶进行处理,且对金属表面不会产生腐蚀。密封胶的体积电阻率和电击穿强度分别超过1×1015?·cm、10kV/mm,电绝缘性能好;经过350℃×50h热空气老化后,密封胶的拉伸强度≥3.0MPa,扯断伸长率≥50%;经过400℃×15min热空气老化后,密封胶的拉伸强度≥2.0MPa,扯断伸长率≥80%。     

细晶TC21钛合金超塑性能及变形机制研究

研究了晶粒度为4μm的TC21钛合金在860～950℃温度范围和1×10-3s-1～5×10-4s-1应变速率范围内的超塑性拉伸行为。结果表明:在实验条件下,TC21钛合金表现出优异的超塑性,在温度890℃和应变速率5×10-4s-1时,具有最佳超塑性能,其延伸率超过1240%。TC21合金具有较高的应变速率敏感指数,最大值可达0.896。在较低应变速率条件下,计算得到的超塑性表观激活能为176kJ/mol,此时超塑性变形是受晶界扩散协调变形的晶界滑动机制;较高应变速率条件下的表观激活能为274kJ/mol,此时超塑性变形机制为位错运动协调的晶界滑动,同时动态再结晶也是合金超塑性变形的重要协调机制。     

液体火箭发动机金属软管网套承载特性研究

为了研究液体火箭发动机柔性金属软管编织网套的增强机理,开展了网套拉伸试验,并基于APDL建立了网套建模及非线性有限元分析参数化程序,数值计算与试验结果一致性较好。研究了承压状态下编织网套对金属软管的增强机理及相互作用模式,建立起网套径向位移与周向应力、等效压力以及摩擦阻力的耦合关系,给出了基于有限元解定量评估网套增强能力及校核网套强度的理论分析方法。研究表明,在金属软管承压10 MPa时,网套可分担约20%的内压载荷,网套处于弹性变形状态,铠装环与网套接触摩擦引起的附加轴向力超过50 kN。     

航天飞行器防热层与天线窗口热匹配行为研究

针对防热层与天线盖板的热匹配及烧蚀匹配开展研究,通过有限元方法,分析了尺寸效应对于天线盖板热匹配的影响,同时结合电弧风洞实验验证了防热层与天线盖板在高温下的烧蚀匹配行为。研究结果表明,按照实验件尺寸20 mm×20 mm,在实验环境条件下,防热层最大热应力为2.98 MPa,小于低密度石英酚醛复合材料在高温下的拉伸强度,不存在热匹配风险。当天线盖板尺寸大于60 mm时,防热层局部接触应力约为5.3 MPa,大于防热层在高温下的抗拉强度,天线盖板与周边防热层保证0.3 mm安装间隙,天线盖板在高温下的最大膨胀量为0.03~0.04 mm,远小于间隙值,因此不存在热匹配风险。天线盖板在与防热层烧蚀过程中,由于耐温较高,在高温下基本无烧蚀,低密度石英酚醛防热层烧蚀量约为 1.1 mm,因此在后续防热设计中可在天线盖板前缘处预留台阶,以减小高温下的烧蚀不匹配风险。     

补强型氢化丁腈橡胶力学与粘接性能研究

研究了纳米炭黑对氢化丁腈橡胶力学和粘接性能的影响,首先研究了补强型氢化丁腈橡胶邵氏A硬度与纳米炭黑添加量之间的关系。结果表明:随着纳米炭黑添加量的增加,补强型氢化丁腈橡胶的邵氏硬度有小幅增加;其次还研究了补强型氢化丁腈橡胶压缩永久变形与纳米炭黑添加量之间的关系,当纳米炭黑添加量为50份时,压缩永久变形降低到27.6%,该性能参数对要求压缩永久变形较大的密封有利;随着纳米炭黑添加量的增大,补强型氢化丁腈橡胶扯断强度亦逐渐增大,当添加份数为50份时,扯断强度达到24.2 MPa,补强效果良好。最后研究了添加50份纳米炭黑的粘接性能,经测试,粘接强度为10.2 MPa,且为胶层间破坏,粘接良好。目前,该补强型氢化丁腈橡胶密封件已用于北方某油田密封装置之中。     

低温变形对2A14铝合金组织性能影响

提出了低温变形与热处理协同的2A14铝合金强韧化新方法,借助透射电镜、扫描电镜、金相显微镜、拉伸试验机等测试手段对比分析了室温和超低温变形工艺对2A14铝合金组织性能的影响。结果显示:与室温变形相比,超低温变形与热处理协同能够大幅提升合金综合力学性能。当超低温变形量达到20%,合金内部位错密度上升,第二相粒子尺寸更小,分布更为均匀,晶粒细化显著,合金综合力学性能达到最高,抗拉强度为474.5 MPa,屈服强度为426.5 MPa,延伸率为11.6%。     

柔性接头弹性件超弹性本构参数拟合和低压摆动非线性有限元分析

依据非线性力学理论,通过单轴拉伸试验获得了柔性接头弹性件超弹性Mooney-Rivlin模型常数,作为有限元计算的输入,同时对柔性接头冷摆时的载荷进行了分析处理,有限元模拟了柔性接头的冷态摆动,重点分析了柔性接头弹性件和粘接面的柯西剪应力和轴向应力。结果表明,0.15 MPa容压下摆动,粘接面的轴向柯西应力大于剪应力,是柔性接头粘接面破坏的主要原因,计算与实际情况吻合性较好。     

三维编织细编穿刺炭/炭复合材料拉伸与压缩性能及试件尺寸效应研究

通过对三维编织细编穿刺炭/炭复合材料的Z向和XY向进行的拉伸、压缩宏观实验,观测了不同载荷形式下和不同几何尺寸的试件的破坏模式和断口形貌,得到了材料在拉伸、压缩载荷下不同的破坏机理及材料的力学性能与试件几何尺寸的相关性。研究表明,材料Z向拉伸破坏时为平断口,XY向拉伸破坏时为台阶状断口,压缩载荷作用下Z向和XY向都为与受力方向成45°的剪切型破坏,Z向和XY向的压缩强度随试件的几何尺寸的变化具有相同的变化趋势,但Z向变化趋势较XY向更明显。所获结论为进一步进行该材料的刚度和强度预报以及强度准则的建立奠定了必要的实验基础。     

铝合金制件减少变形和稳定尺寸的加工和热处理试验

一、铝合金的变形 铝合金机械强度不太高而塑性较好(特别如变形铝合金),受到外力作用较易发生变形。在残余内应力作用下也会发生变形。金属晶体受力作用后晶格位错的位能增加,当它超过位错运动的激活能时,位错便沿某方向移动,金属就产生(微)塑性变形。铝合金制件内较大的残余内应力是由原材料和不适当的金加工、热处理所造成。由于残余内应力分布情况比较复杂,随着时间推移,它持久作用的结果,在零件某些薄弱环节产生永久性的微塑性变形,零件尺寸可能产生变化,影响了精度。铝合金制件加工发生变形的例子是比较多的,例如: