固体推进剂双向拉伸试件优化设计及试验

基于Kelly提出的十字形试件,设计了一种新型固体推进剂双向拉伸试件。利用ANSYS有限元软件对试件双向加载过程试验区中引起的应力应变的数值模拟,实现了十字形试件的优化设计,经过优化的试件在满足双轴试验要求方面有了明显的改进。通过对丁羟复合固体推进剂试件双向加载力学行为试验研究,获得不同拉伸速率双向拉伸应力—应变破坏曲线,为推进剂材料破坏分析的经验准则提供判据。结果表明,固体推进剂断裂延伸率的双向弱化效应很明显,双向加载比例为等双拉状态时,其双向断裂延伸率比单向断裂延伸率降低37.5%。     

正交各向异性材料拉伸圆棒的颈缩研究

本文对正交各向异性材料的圆棒拉伸试样的颈缩问题进行了有限元模拟计算，得到了不同各向异性参数与颈缩截面椭圆度的定量关系。进一步的研究表明，在相同宏观拉伸下，不同各向异性参数的拉伸试件的载荷与拉伸方向的各向异性参数相关，椭圆度(长短轴半径之比)与径向各向异性参数之比呈线性关系。在拉伸方向各向异性参数相同、其它两个方向参数不同的情况下，载荷区别不大。因此可以利用对颈缩问题的研究来确定材料正交各向异性度系数。     

激光加工非平面零件的光束入射角与偏焦量研究

介绍了在NdYAG激光切割系统上,试验研究激光切割非平面零件时,光束入射角与偏焦量对切口宽度的影响.考察一次切割过程中,激光束相对试件表面的入射角或偏焦量连续变化,模拟曲面板材等非平面零件的激光切割过程与状态.进一步讨论了切口宽度和形状的变参数控制方法,研究目标力求变参数激光加工曲面板、异型截面板及非平面零件的有效性和实用性.     

2A12铝合金激光切割热影响区及其影响分析

采用脉冲CO2激光对2mm厚2A12铝合金进行了切割试验,研究了切口表面的形貌及成分,以及热影响区的尺寸和显微组织;以水切割为对照,分析了热影响区对试件单向拉伸性能和疲劳寿命的影响,并对疲劳断口进行了显微分析。     

含磷IN718合金高应变速率下超塑性变形行为的试验研究

研究了含0.022％磷的IN718合金在高应变速率(5×102～4×10-1s-1)下的超塑性变形行为及机制.在试验条件下,合金的拉伸延伸率均超过100％,具有超塑性变形能力 随应变速率升高,延伸率降低至139％,试样颈缩严重,呈针尖状“点式”断口,断口附近晶粒组织明显细化,并存在与拉伸方向平行的纵向裂纹,碳化物对塑性变形的阻碍作用是裂纹形成的重要原因.当变形速率为5×10-2～10-1s-1时,IN718合金的超塑性变形机制为动态再结晶;当变形速率为2×10-1～4×10-1s-1时,动态再结晶仍为主要变形机制,但孪晶开始形成并起重要的协调变形作用.     

应力状态对磁记忆信号的影响

 通过对20#钢试件拉伸时表面磁场的在线测量和20#钢试件经过不同程度拉伸并卸载后的表面磁场的测量,研究应力状态对磁记忆信号的影响。20#钢进行拉伸试验时,在应力集中部位,当变形很小时磁场信号变化平缓;产生一定程度塑性变形后磁场信号变化相对剧烈;出现颈缩现象时磁场信号变化非常剧烈。经分析认为,磁记忆信号的变化与材料内部微观组织的状态有关,试件变形很小时,磁弹性效应对试件表面磁场的变化起主要作用;试件变形较大时,其表面磁场的变化主要受塑性变形区内位错聚集产生的微缺陷的影响。     

电沉积ZrO2/Ni纳米复合材料低温高应变速率超塑性的研究

采用电沉积方法制备了平均晶粒尺寸为45nm的ZrO2/Ni复合材料,并通过拉伸和胀形试验对该材料的超塑性能进行了研究。拉伸试验结果表明:材料在温度为420~500℃,应变速率为8.33×10-4s-1~1.67×10-2s-1时均获得了高于200%的延伸率。在温度为450℃和应变速率为1.67×10-3s-1时,得到最大延伸率605%。用扫描电镜SEM对拉伸前后试件的显微组织进行了观察,发现晶粒在温度的作用下明显长大。采用内径5 mm的凹模对ZrO2/Ni复合材料进行超塑胀形试验,在温度为420~500℃获得高径比H/d高于0.5的胀形件,说明该材料具有良好的超塑性能。     

2D-C/SiC复合材料开孔试件拉伸特性和失效分析

通过对2D-C/SiC复合材料4mm和6mm开孔试件进行拉伸试验,研究了开孔试件的拉伸特性和失效模式,与标准试件拉伸试验结果比较获得了开孔尺寸对试件强度的影响。相比于标准拉伸试件,4mm和6mm开孔试件的拉伸强度分别减小了1.0%和6.6%。通过在开孔试件不同位置粘贴应变片,获得了试件在拉伸过程中最小净截面上的应变变化规律,直观地体现了试件拉伸过程中的应变集中现象,并通过有限元对开孔试件的应变分布进行模拟,模拟结果与试验值吻合较好;通过在试件表面粘贴声发射探头,获得了拉伸过程中试件材料的损伤参量变化规律,反映了试件的宏观损伤演化规律,并结合试件断口照片分析了开孔试件的失效行为。     

确定总应变寿命方程中指数的一种方法

在由材料的单调拉伸强度极限和断面收缩率确定总应变寿命方程中疲劳强度系数和疲劳延性系数的基础上,考查了利用材料在两个不同应力幅下的疲劳试验数据和单调拉伸延伸率来确定总应变寿命方程中疲劳强度指数和疲劳延性指数的一种方法,给出了只需较少的疲劳试验数据和单调拉伸力学性能参数即可确定材料的总应变寿命方程中全部4个参数的分析流程,并利用航空发动机中常用的钛合金和镍基合金材料的疲劳试验数据对该方法进行了验证,结果表明该方法所确定的总应变寿命方程对所考查的材料大多数情形的疲劳寿命预测结果较为理想,基本在3倍分散带以内.      

LD10铝合金不均匀焊接接头的拉伸性能研究

针对5.5 mm厚LD1ocs铝合金进行单面两层TIG焊工艺试验,分析了接头的力学性能不均匀性,并采用abaqus有限元分析软件模拟研究了该力学性能不均匀接头的拉伸断裂行为,结果表明:接头过时效区的变形能力强,有助于提高接头塑性;过时效区的软化程度和宽度对接头拉伸性能有重要影响,宽度增大、软化程度在一定范围内增加,会略微降低接头拉伸强度、但使延伸率增大,另外保留焊缝余高,明显地提高了接头的抗拉强度和延伸率.     

三维四向C/C复合材料高温氧化环境强度预测

在细观尺度下,基于逐渐损伤理论,建立了一种三维四向C/C复合材料高温强度预测模型。模型考虑了纤维束挤压后的截面形状、单胞的周期性以及纤维束和基体的脱黏等因素,引入考虑温度的三维Hashin失效准则进行单元的失效判定,预测了三维四向C/C复合材料室温和有防氧化保护700 ℃的拉伸强度。为了将模型发展到高温氧化环境,建立了考虑氧化速率的纤维束高温氧化环境力学性能退化模型,结合纤维束和单向板力学性能等价性原理,实现了无防氧化保护下三维四向C/C复合材料700 ℃拉伸强度的预测。研究了切边加工对三维四向复合材料强度的影响,建立了考虑切边宽度的切边三维四向复合材料强度预测模型,预测了有、无防氧化保护切边宽度为18 mm的三维四向C/C复合材料拉伸强度。结果表明:对非切边试验件在室温、有防氧化涂层700 ℃和无防氧化涂层700 ℃的预测误差分别为5.51%、7.20%和7.13%,拉伸过程的应力-应变曲线与试验结果吻合度较好;对切边试验件在室温和有防氧化涂层700 ℃的预测误差分别为0.88%和4.53%。多种类的算例表明预测模型合理、可靠。      

C/SiC复合材料的制备及加工技术研究进展

碳纤维增强碳化硅陶瓷基(C/SiC)复合材料由于其强度高、硬度大、耐磨损,被广泛应用于工业、航空航天等领域,然而C/SiC复合材料难以被稳定地去除加工。本文综述C/SiC复合材料的常见制备方式及其材料的性能特点。概述C/SiC复合材料的传统机械加工、超声辅助加工、激光加工等加工方法,分析了各种加工方法的材料去除机理、加工精度、常见缺陷及加工过程中存在的问题。传统的机械加工需进一步优选切削刀具材料;超声辅助加工需探究超声振动的刀具与材料之间的耦合作用机制、振动作用下的材料去除机理;激光加工要进一步研究2.5维及3维C/SiC复合材料的激光加工去除机理。在这些研究的基础上进一步采用复合加工的方法,探寻C/SiC复合材料高效、精密、稳定和无损加工的可能性。     

典型难加工材料叶片切削加工研究

本文通过建立刀具磨损预测模型,并将该模型理论和现场生产实际相结合,在保证加工质量要求的前提下,给出了难加工材料(GH2132)经济效益最大化的切削加工参数,并在航空发动机叶片型面加工中获得验证,取得了加工质量、加工效率和加工成本的最优结合,为解决航空典型难加工材料的切削参数优化问题提供了重要依据和解决途径,这对于提高航空发动机难加工材料的加工效率和降低加工成本具有重要意义。     

闭式整体叶盘通道五坐标分行定轴加工刀轴矢量规划方法

闭式整体叶盘是新一代航空发动机实现减重增效的关键零件,其通道结构属于典型多约束复杂通道结构。针对闭式整体叶盘通道精加工,提出了一种基于五坐标分行定轴加工的刀轴矢量规划方法。从加工原理上给出了分行定轴加工方法的基本概念,并分析了闭式整体叶盘通道五坐标加工的特征;在刀具预定义和建立检查面球体包围盒层次树结构的基础上,给出了刀轴矢量无干涉区域的计算方法;基于刀位点最短刀长的计算与分析,进行了叶盘通道加工区域划分,建立了分行定轴加工刀轴矢量规划方法。实验验证表明:分行定轴相对五轴联动加工方法不仅可明显提高加工过程中的稳定性和叶片加工表面质量,还可提高叶片精加工效率。     

中凹盘铣刀数控端铣弧齿锥齿轮

为了解决当前数控加工中通用刀具加工弧齿锥齿轮存在的加工效率低、易切削颤振等问题,提出了中凹盘铣刀数控端铣弧齿锥齿轮的方法.基于对弧齿锥齿轮齿面几何结构的研究,通过选择大直径、刀底内凹的盘形铣刀,主动改变刀具姿态角的设置顺序,并分离了前倾角和侧倾角的功能,可以实现弧齿锥齿轮的齿底无干涉和大切削带宽加工.先以切触点位置确定侧倾角避免过切齿槽底面,再以平底刀加工自由曲面的思想分别确定两侧齿面的前倾角,保证大的切削带宽和高加工效率.结果表明:以一个弧齿锥齿轮大轮为例,中凹盘铣刀端铣轮两侧齿面分别以7次、6次切削完成加工,最大加工误差分别为0.039 4mm和0.041 8mm.采用该方法加工弧齿锥齿轮,具有刀具耐用度高,切削带宽大,走刀次数少和加工精度高等优点.     

点阵结构压气机叶轮3D打印过程设计及打印性能分析

基于八角桁架点阵结构,提出了一种新的涡轮压气机叶轮轻量化设计方法。在保证点阵轮具有可加工性的同时为了提高打印成功率,基于有限单元法对点阵轮不同激光功率、激光走速、激光宽度、铺粉层厚和支撑切割高度下的增材制造过程进行模拟,分析了不同打印参数下点阵轮打印过程的最大残余变形及最大残余应力。结果表明,激光打印参数(如激光功率、激光走速和激光宽度)对叶轮残余变形和残余应力幅值有较大影响,而铺粉层厚对残余变形和残余应力幅值的影响相对较小,通过降低激光功率、提高激光速度和增加激光宽度,可以降低叶轮的残余应力。对于填充率为11.4%的晶格单元,点阵轮相对于原始轮质量可降低23.5%。加工完成后点阵轮的残余变形和残余应力均小于原始轮,本文工况下,点阵轮加工完成后的最大残余应力和变形可分别比设计轮最多降低8.72%和20.19%。这意味着采用点阵轮的设计方式在降低叶轮质量的同时,还将具有更接近于原始设计且更不容易在加工中损坏的优良加工性。     

航空复杂壳体深小孔的高效精密加工技术

针对某类复杂壳体深小孔数量多、孔径小、长径比大、精度要求高的特点,在优化设计枪钻切削刃及冷却孔结构的基础上,将枪钻、直槽内冷钻等新型孔加工刀具与加工技术应用到卧式加工中心上,研究开发孔径Φ2~Φ10、长径比20~60深小孔的高效加工方法和加工工艺,优化得到符合要求的最佳切削参数,并建立深小孔高效加工切削参数数据库。实践表明,这一技术将深小孔加工效率提高30%以上,加工质量显著改善,有效解决了深小孔的高效精密加工问题。     

高缠绕叶轮流道4+1轴高效分段开槽方法

高缠绕叶轮流道的高效粗加工是提高整个叶轮加工效率和缩短生产周期的关键。针对高缠绕叶轮流道的粗加工,提出了一种4+1轴高效分段开槽方法。首先,给出了分段开槽加工方法的基本概念,并分析了高缠绕叶轮流道加工特点;然后,结合机床结构特征,给出了五轴机床在主轴摆角固定为常值时切削点处单点最大刀具尺寸的计算方法;基于各切削点加工特征参数的分析,采用聚类算法进行了叶轮流道加工分段区域的划分;最后,确定了各分段区域的可加工刀具尺寸和4+1形式的刀轴矢量。算例分析表明,提出的4+1轴分段开槽方法得到的开槽轨迹旋转轴变化均匀,材料去除量较传统开槽方法增加了32.5%,改善了切削过程稳定性,提高了叶轮的粗加工效率。     

Electrochemical cutting of mortise-tenon joint structure by rotary tube electrode with helically distributed jet-flow holes

In aero-engines, mortise-tenon joint structures are often used to connect the blades to the turbine disk. The disadvantages associated with conventional manufacturing techniques mean that a low-cost, high-efficiency, and high-quality nickel-based mortise–tenon joint structure is an urgent requirement in the field of aviation engineering. Electrochemical cutting is a potential machining method for manufacturing these parts, as there is no tool degradation in the cutting process and high-quality s...     

Influence mechanism of machining angles on force induced error and their selection in five axis bullnose end milling

In the machining of complicated surfaces, the cutters with large length/diameter ratios are used widely and the deformation of the machining system is one of the principal error sources. During the process planning stage, the cutting direction angle, the cutter lead and tilt angles are usually optimized to minimize the force induced error. It may lead to a low machining efficiency for bullnose end mills, as the material removal rates are different largely for different machining angles. In this paper, the influence mechanism of the machining angles on the force induced error is studied based on the models of the instantaneous cutting force when the cutter flute traveling through the cutting contact point and the stiffness of the machining system. In order to evaluate the machining angles, the force induced error/efficiency indicator (FEI) is defined as the division of the force induced error and the equal volume sphere of the removed material. FEI is dimensionless, with the lower FEI, the lower force induced error and the higher machining efficiency. For optimal selection of the machining angles, the critical FEI is calculated with the constraint of force induced error and the desired material removal rate, and the critical FEI separate the set of the machining angles into two subsets. After the feed rate scheduling process, the machining angles in the optimal subset would have higher machining accuracy and efficiency, while the machining angles in the other subset have lower machining accuracy and efficiency. Through the machining experiment of five axis machining and freeform surface machining, the effectiveness and superiority of the proposed FEI method is verified with a bullnose end mill, which can improve the machining efficiency with the constraint of force induced error.