梯度功能材料的研究进展及展望

梯度功能材料是一种新型的功能复合材料，它的两侧由不同性能的材料组成，中间部分的组成和结构连续地呈梯度变化，从而使材料的性质和功能也沿厚度方向呈梯度变化，克服了不同材料结合的性能不匹配因素，使两种材料的优势都得到充分发挥。文中介绍了梯度功能材料的概念及开发背景，着重评述了梯度功能材料在制备方法、性能评价和应用等方面研究的新进展及功能梯度材料在国内外的研究成果，并展望了其未来的发展前景。     

第二边界条件下梯度功能材料一维温度场的数值模拟

采用数值模拟的方法，对梯度功能材料在第二边界条件下温度场进行了分析，并根据所建立的数值方法对新研制的C／C／Al2O3炭陶梯度功能材料和C／C材料进行了比较，对具有不同组分分布曲线的梯度功能材料进行了比较。结果表明，C／C／Al2O3炭陶梯度功能材料的绝热性能优于C／C材料，可通过改变C／C／Al2O3炭陶梯度功能材料的组分分布，优化其内部的温度场分布。     

航空航天材料发展现状及前景

文章较系统地介绍了航空航天材料的特点、地位和作用,结合具体案例分析了铝合金、钛合金、先进复合材料等结构材料,以及以透波复合材料、吸波隐身复合材料为代表的航空功能材料和以防热耐烧蚀复合材料、梯度功能复合材料为代表的航天功能材料的性能和应用,指出航空航天材料的未来发展方向是高性能、多功能、复合化、智能化、整体化、多维化和低成本化。     

功能梯度材料悬臂梁受复杂载荷作用的分层剪切理论

本文采用分层剪切变形理论对功能梯度材料层梁进行了分析，对立了功能梯度材料悬臂梁模型。取材料为非均质性，材料弹性系数随梯度变化，应用边界条件，层间连续条件，得出梁结构的变形与应力。结果表明，存在优化的梯度因子使得悬臂梁具有最佳的承载能力，载荷分布对结构应力场温度场有效大的影响。     

先进高温材料的研究现状和展望

综述了高温合金、难熔金属、陶瓷、金属间化合物、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、C／C复合材料和梯度功能材料等先进高温材料的研究与应用现状，评述了其发展趋势。     

基于等几何方法的功能梯度Mindlin板结构拓扑优化设计

提出一种基于等几何分析的功能梯度Mindlin板结构拓扑优化方法,实现了沿着板面内方向梯度材料渐变与结构拓扑协同设计。基于等几何分析中的非均匀有理B样条(non-uniform rational B-spline, NURBS)基函数,保证了板结构建模、仿真分析和优化设计的参数化统一。由于等几何方法基函数的高阶连续性、非负性、规范性等特点,建立了合理的设计变量与梯度材料相对密度的分布关系。为了克服Mindlin板仿真分析的数值闭锁问题,采用NURBS等几何分析单元的缩减积分策略。数值算例展示了该方法的有效性,且获得了具有清晰细节特征的功能梯度板新型设计方案。结果表明,相比于预先定义材料配比,该方法可以实现功能梯度材料属性与结构拓扑的协同优化设计。     

Al2O3型碳/陶功能梯度材料烧蚀试验研究

Al2O3型影陶功能梯度材料作为一种新型喷管热防护材料，其具有导热系数较低及良好的隔热性能。在氧乙炔烧蚀试验条件下该材料有很好的耐烧蚀性，但由于发动机内的工作环境更为恶劣，为了更好地反映材料在固体火箭发动机中的烧蚀情况，该研究工作采用了试验发动机进行烧蚀试验。结果表明，试验发动机中获得的烧蚀率数据高于氧乙炔试验数据。文中在试验基础上分析了Al2O3型影陶功能梯度材料在发动机工作条件下的烧蚀性能及导热性能。     

功能梯度压电材料层状结构中的SH波

基于线性压电弹性理论,利用传递矩阵法,分析了功能梯度压电材料层状结构中的SH波传播特性,研究了压电梯度覆盖层中初始应力对SH波传播的影响。压电覆盖层的材料性能如弹性、压电、介电系数和密度沿厚度方向呈梯度变化。数值分析结果表明,适当的材料梯度分布,可使SH波倾向于沿覆盖层表面传播,由此能够获得更好的机电耦合性能;同时,初始应力使得波传播的相速度减小,但增大了机电耦合系数。文中的分析方法和结论,对固体火箭发动机超声探伤及其压电类传感器的研制和选择有一定的参考意义。     

Al/Mg阻抗梯度材料超高速撞击机理数值仿真研究

文章采用数值仿真方法研究了Al/Mg阻抗梯度材料在超高速撞击下的响应过程,分析了冲击波在阻抗梯度材料中的传播规律,计算了撞击过程中的能量耗散情况,并与弹丸撞击铝合金靶的结果进行了比较。研究结果表明,相对于铝合金材料,Al/Mg阻抗梯度材料：1）延长了冲击波的传播时间,使峰值压力脉冲的比冲量提升了30%～50%;2）提高了塑性功和内能转化量,使不可逆功增加了10%。由此证明阻抗梯度材料的防护性能优于铝合金。     

梯度功能材料物性参数的推定方法

分析和评价了现有的估算梯度功能材料(FGM)物性参数的几种方法，提出了实测法和复合法则法相结合估算FGM物性参数的方法——参数修正法，以及根据若干实测点推定物性参数的方法。用这些方法对新研制的碳陶梯度功能材料C／C／Al2O3，的热导率和比热容进行了分析计算，并通过比较计算结果，找出了实用性和可操作性较强的方法。     

功能梯度材料薄板的热气动弹性数值分析方法及特性研究

对高超声速环境中功能梯度薄板的热气动弹性问题的有限元数值分析方法和特性进行了研究。在考虑了沿板厚方向上非线性温度分布影响基础上,建立了更为精确的功能梯度薄板的热气弹耦合力学模型。采用Eckert参考温度法模拟气动加热效应,进而使用有限元方法求解热传导方程,得到薄板内部的热应力以及物性参数分布,并求解功能梯度材料薄板的控制方程,得到薄板在热应力-气动力-弹性力耦合下的振动特性。结果表明,所提出的基于有限元的数值分析方法能够有效处理该问题的复杂性,并且发现气动加热效应能够使薄板发生热屈曲或者提前进入振动状态,此外还发现当无量纲气动力位于某一“过渡区”内时,薄板行为对初值异常敏感。最后,建立的功能梯度薄板热气弹耦合模型以及相关数值求解方法,能够有效地研究高超声速环境中功能梯度材料薄板的振动行为,相关数值结果对功能梯度薄板的热气弹研究也具有借鉴意义。     

倾斜功能材料的进展

概述了倾斜功能材料的概念、用途.介绍了倾斜功能材料在设计、结构控制和特性评价方面的进展.     

新型复合材料功能梯度板热屈曲研究

针对目前功能梯度材料(FGM)热物参数存在众多不同表征方法的现状,假设功能梯度平板材料热物参数沿厚度向呈同一任意函数形式变化,基于经典板理论和一阶剪切理论,用临界平衡法推导板的屈曲方程,用Navier法求解方程,给出功能梯度平板热屈曲临界温度的通用解析式。考虑其热物参数对温度的依赖性,通过迭代算法获得了四边简支的功能梯度平板在均匀受热时临界屈曲温度变化的封闭解。以常用的指数型功能梯度平板为例进行了数值计算,分析了平板几何尺寸对其临界屈曲温度的影响。结果表明:结构尺寸参数是影响临界温升的最主要因素,临界屈曲温度分别随其厚长比和长宽比增大而单调增大。研究扩大了均匀温度场中功能梯度平板热屈曲临界温度计算公式的适用范围,有一定的工程意义。     

C/C-Al2O3梯度功能复合材料改性研究

采用炭纤维表面涂层与基体改性方法相结合,对所制的C/C Al2O3梯度功能复合材料界面性能进行了改进。研究了增强相炭纤维与陶瓷相Al2O3的界面结合强度这一关键技术,进行了热学、烧蚀、力学性能测试和微观结构分析。结果表明,添加ZrO2对基体进行改性,使材料的强度提高了39.1%,热导率降低至0.902W/(m·K)(800℃);采用炭纤维表面SiC涂层处理能有效改善复合材料的界面性能,使材料强度提高了3倍,达到约70MPa。     

三维梯度功能材料层间力学模型与应力分析

本文对非均质耐热梯度功能材料（FGM）层间的结构与性能进行了研究，通过对陶瓷－金属FGM的宏、细观结构分析，建立了基层间三维力学模型，导出了应力分析方程，本方法的确定不仅可以指导FGM的成分，组织和结构设计，而且还可以加速FGM实用比的进程通过典型的算例数值分析，表明其具有重要的理论意义和实用价值。     

TiC—Ni梯度功能材料的燃烧合成与残余应力分析

采用自蔓延高温燃烧合成反应结合准热等静压技术（SHS/PHIP）制备了组织连续分布的TiC-Ni系梯度功能材料，产物的成份分析显示Ni元素沿厚度方向趋于连续过渡，改善了反应前的阶跃式分布。对TiC-Ni FGM在制备过程中的残余热应力进行了计算机有限元分析，并与TiC-Ni两层直接结合体进行了分析，发现FGM具有明显的热应力缓和效果。     

"NASA材料基因工程2040规划"研究与思考

材料基因工程的实施是材料科学和工程应用发展的新趋势。在航空航天领域,大数据计算、集成计算材料工程以及材料多尺度建模和模拟设计等大大促进了航天器零部件及系统的快速发展。文章对"NASA材料基因工程2040规划"中计算体系建设的目的、功能及共同主题进行阐述,并概述了我国材料基因工程的实施及发展情况,将材料基因工程理念延伸至航天材料的研制,倡导航天材料基因工程,针对航天材料基因工程总体方向、核心技术、发展路线提出思考,旨在对我国航天材料的发展提供借鉴。     

90年代的新型材料

根据目前科技发展的状况,简要介绍了90年代可能大规模应用或有所突破的新型材料的特点、应用前景.这些材料包括高性能的功能高分子材料、金属材料、精密陶瓷和复合材料.     

航天功能复合材料发展现状及趋势

文章综述了航天功能复合材料的发展现状及趋势,内容包括各种类型的功能复合材料及主要应用领域。对当前用于航天领域的热防护功能复合材料分别作了重点介绍,包括航天器热防护系统及材料、抗烧蚀热防护复合材料、梯度功能复合材料以及它们的组成、作用机理和主要应用。最后探讨得出功能复合材料的发展趋势是高性能化、多功能化和低成本化。     

飞行器隐身技术发展状况

介绍了雷达隐身、红外隐身技术的发展状况 ,系统综述了国内外雷达吸波材料和红外隐身材料的研究现状和应用 ,探索了仿生学隐身技术、等离子体隐身技术、微波传播技术等新兴的隐身机理和高分子隐身材料、纳米隐身材料、手征材料、智能隐身材料等新型隐身材料 ,同时对隐身技术的发展作了展望