CVD纤维及其增强金属基复合材料强度的分布特征研究

采用单一Weibull统计分布函数来描述CVD纤维抗拉强度的分散性,发现具有不同断裂机制的缺陷所引发的断裂其拉伸强度分布分别符合Weibull分布,并具有各自独特的形态和参数;对热压复合前后的纤维的抗拉强度分布特征进行分析比较,结果表明热压复合过程对纤维的性能及抗拉强度分布特征有一定的影响,这主要是因为热压改变了纤维内部缺陷的类型和分布。另外还就以上研究结论在纤维的生产及其产品的性能表征方法、纤维增强金属基复合材料性能的非破坏性评估方法上的应用进行了讨论。     

用浸胶法测定碳纤维丝束抗拉强度(试验小结)

一、试验目的测定碳纤维抗拉强度有两种方法,即单丝测定法和丝束测定法。目前国内主要是应用单丝测定法来测定碳纤维的抗拉强度。单丝测定法虽然在我国碳纤维的研制发展中起过重大的作用,但是它存在以下弊病:1)由于试样的制备和数据的测量中偶然因素的影响,数据分散性大;2)用显微镜测量单丝直径只适用于圆形截面,不适于椭圆形、腰子形等截面。因此,单丝测定法不适应我国碳纤维研究和生产进一步发展的需要。     

钛合金薄壁空心结构阻尼特性研究

研究了测试参数对常用阻尼特性测试方法测试结果的影响规律,分析表明自由衰减法测试数据分散性小,半功率带宽法测试数据分散性大并且受测试参数选取影响较大。基于优化后的测试参数对比分析了钛合金薄壁空心、实心结构阻尼特性,研究发现振幅较小时两类结构阻尼特性接近,一阶振型下的模态阻尼在2×10-4量级,高振幅条件下空心结构阻尼比较大,振幅为10mm时阻尼为3.577×10-3,是振幅为3.0mm时阻尼的1.20倍,表明空心结构内部结构特征在大变形条件下可以提供额外阻尼,合理利用这一特征对提高结构性能具有重要意义。     

单体引入方式对聚苯乙烯微球粒径分布的影响

利用分散聚合技术,采用单体滴加法合成了具有优良单分散性的3.8~7.1μm聚苯乙烯微球。研究了不同单体引入方式对所制备微球的形貌、粒径及粒径分布的影响。发现在最佳滴加速率下,单体滴加法所制备微球的分散系数均小于4.8%,单分散性远高于一次引入法所制备的微球。结合聚合反应动力学研究,阐明了单体滴加法的反应机理及滴加速率的影响规律。结果表明单体滴加法是制备高单分散性的3.8~7.1μm聚苯乙烯微球的有效方法。     

碳-碳复合材料高温力学性能测试

碳-碳复合材料高温力学性能测试温度高,材料应变量小。采用通电加热、非接触应变测置较能适应其测试特点。本文介绍了采用这种方法进行拉伸试验的情况,并提供了2000℃范围内的拉伸应力-应变曲线,给出了抗拉强度、断裂应变数据以及弹性模量的参考值。     

应用TESTWORK3.02软件测试不锈钢带的力学性能

介绍了用ＴＥＳＴＷＯＲＫ３．０２测试软件对不锈钢带力学性能的测试过程。从而获得了不锈钢带的弹性模量、抗拉强度、非比例伸长应力、断后伸长率等指标。     

航空输油管线清管器信号发射装置电路设计研究

航空输油管线清管器在清理管线中异物和杂质的过程中起到了十分重要的作用。为了监测清管器在管线内卡堵位置,在清管器上加装电子信号发射装置,向外界发出电磁脉冲信号。为了克服所发出的信号频率不稳定、节拍通断时间分散性大等缺陷,对发射装置结构、发射装置内部电路、程序等都有严格特殊要求。经过深入的理论研究和测试,制造出了试验样机,该样机圆满的通过了多种环境下的试验并取得了良好的效果。     

热等静压对电子束成形AerMet100钢性能的影响

针对电子束增材制造技术成形的Aer Met100钢,研究了热等静压工艺与拉伸性能的关系。利用光学显微镜对其内部组织进行观察,利用万能试验机测试了其室温拉伸性能。结果表明:均匀化退火与热等静压对电子束成形Aer Met100钢的室温抗拉强度有明显改善;930℃热处理后的试样的抗拉强度高于1000℃热处理试样的抗拉强度,但屈服强度略低;均匀化退火与热等静压处理对材料塑性的改善不明显,但可降低成形件抗拉性能的各向异性。     

累积复合轧制TZM合金板的组织与性能

采用粉末冶金法制备出TZM合金烧结坯,并将其轧制成2mm厚板材,在此基础上采用累积复合轧制技术(ARB),完成TZM板四次轧制复合,并对不同道次TZM复合板进行性能测试和组织分析。结果表明:随累积变形量增加,复合板晶粒显著细化、组织分布更加均匀,经过三次累积复合后,材料的抗拉强度和界面结合状态最佳。试样晶粒在轧制过程中被拉长、展宽,晶粒断面直径200～500nm,抗拉强度提高50%,2mm TZM复合板最高抗拉强度可达968MPa;材料断裂特征仍为脆性断裂,伸长率变化不明显,轧制复合板伸长率仅为2.0%。     

碳纳米管在环氧树脂中的分散性

通过调整工艺条件,制得不同分散性的碳管改性环氧树脂,分别采用静置观察法、黏度法、细度法对分散性进行宏观表征。结果表明:碳管的分散性越好,环氧树脂的黏度越大、细度越低、保存时间越长;三种方法均可以表征碳纳米管的分散均匀性;黏度法和细度法可以实现碳管分散性的快速评价,但均需找出具体的评价标准。通过建立刮板细度与碳管分散性的对应关系,可以快速表征碳管的分散性,简便易行。     

焊接方式对铝合金搅拌摩擦焊T 型接头性能的影响

采用4种规格的搅拌头进行了2A70-T6铝合金T型接头搅拌摩擦焊试验,并对焊缝横截面进行了观察以及焊缝抗拉强度的测试.结果表明:焊缝中前进侧熔合过渡区的金属变形比返回侧剧烈,焊缝断裂往往发生在前进侧;在相同的焊接参数下,单道焊缝的焊核宽度与抗拉强度随着搅拌针直径的增大而增大,但增大的幅度较小,并列焊的焊缝抗拉强度仅为单道焊缝的93％左右;为了获取相同宽度的焊核,采用加粗搅拌针单道焊比并列焊更具有优势.     

纤维增强复合材料有效性能分散性

利用改进算法的宏-细观统一通用单胞本构模型,采用Monte-Carlo方法研究了不同纤维形状、不同纤维排列方式以及纤维体积含量对纤维增强复合材料弹性模量、泊松比和热膨胀系数的分散性的影响。研究结果表明:复合材料有效性能的分散性小于组分的分散性。随着纤维体积比的增加,纵向有效性能的分散性加大;而横向有效性能除了椭圆形纤维的短轴方向的热膨胀系数之外,其它性能的分散性则都是下降趋势。纤维截面形状和排列方式对纵向性能的分散性几乎没有影响。方形和圆形纤维时,横向性能的分散性几乎相同,而椭圆形纤维时,则与它们有明显的差别。不同纤维排列方式下,横向性能的分散性都是不一样的。对于E₁₁和G₁₂,六角形和方形对角排列时其分散性较大,而矩形排列引起的分散性最小。随着纤维体积比的增加,不同排列方式下,横向热膨胀系数的分散性趋近于一致。本文得到的结论为复合材料及结构的概率设计提供了重要的参考。      

随机谱中小幅载荷对裂纹扩展寿命的影响

采用7050-T7451铝合金标准中心裂纹拉伸试样进行随机谱载荷下的疲劳裂纹扩展试验,研究在不同低载截除水平、不同裂纹参考长度下,裂纹扩展寿命及其分散性的变化。采用F检验法,对不同载荷谱下的裂纹扩展寿命的方差及相同载荷谱,不同裂纹长度的寿命的方差进行检验。分析表明,第一级和第二级截除水平下的裂纹扩展寿命的分散性没有显著差别,当载荷截除水平提高到最大幅值载荷的21％时,寿命分散性显著变大;相同载荷谱下,不同裂纹长度对应的扩展寿命的分散性没有显著差别。试验结果也表明,本文所考察的3个水平的小幅值载荷对裂纹扩展寿命的均值有显著影响;因此,在损伤容限和可靠性分析中,这些小幅值载荷是不可忽略的。     

不同损伤尺寸铝合金结构疲劳寿命分散性研究

飞机损伤结构疲劳寿命分散系数是分析损伤结构疲劳寿命分散程度的重要参数。针对飞机常用铝合金材料，开展预置损伤试验件疲劳测试。采用相关系数比较法，判断损伤结构剩余疲劳寿命分布类型；通过断口观察和数据统计处理，分析损伤与疲劳寿命关系及含损伤结构剩余疲劳寿命分散性规律。结果表明：含损伤结构剩余疲劳寿命更加符合威布尔分布；含预置损伤结构较未预置损伤结构疲劳寿命下降明显，随预置损伤尺寸增加，结构剩余疲劳寿命逐步降低，剩余疲劳寿命分散性增大，不同初始损伤结构疲劳寿命分散性差异较大。本文研究为建立飞机不同损伤尺寸铝合金结构疲劳寿命分散系数模型提供参考依据。     

溶液组分对电铸镍组织和力学性能的影响

在氨基磺酸盐溶液体系中电铸获得综合性能优异的铸镍层。利用金相显微镜、薄片阴极弯曲法和万能拉伸试验机评价测试溶液组分氨基磺酸镍和氯化镍对铸镍层的微观组织结构、内应力和力学性能的影响。结果表明:溶液经净化处理后,随着体系中氨基磺酸镍含量的逐渐增大,铸镍层的柱状组织越来越粗大,内应力和抗拉强度逐渐减小,而相应的伸长率则呈逐渐增大的趋势;随着体系中氯化镍含量的不断增大,铸镍层的柱状组织先逐渐粗化后再逐渐细化,内应力逐渐增大,抗拉强度先降低后升高,而相应的伸长率逐渐减小;当体系中氨基磺酸镍为300g/L、氯化镍为3g/L时,铸镍层的综合性能优异,此时铸镍层的内应力为60.7MPa,抗拉强度为811.7MPa,伸长率为23.5%。     

Cu-Ag-Zr合金的组织与性能优化

通过拉伸性能测试、金相组织观察、电子显微分析等方法研究固溶时效和形变热处理工艺对Cu-3Ag-0.5Zr组织和性能的影响,得出了最佳热处理工艺。研究结果表明,经940℃/40min固溶(水冷)+500℃/2h(空冷)处理后合金的强度和塑性可以得到最佳配合,合金的抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为124MPa,289MPa和37.6%。形变热处理中的预冷变形能有效地强化合金,形变量为40%时,合金能够获得最优的综合力学性能,抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为421MPa、350MPa和16.7%。     

考虑材料性能分散性的航空发动机结构安全系数确定方法

针对材料性能分散性与航空发动机关重件可靠性之间关系的定量表征问题,结合正态分布和威布尔分布参数特点,研究了不同变异系数和形状参数条件下累积失效概率与安全系数确定方法,获取了材料性能分散性对结构可靠性的影响,给出了不同分散性条件下的安全系数。数值计算结果表明:结构设计选材应充分考虑材料性能分散性的影响;对于分散性较大的材料,单纯增大安全系数并不能保证结构具有足够的可靠性裕度,应采取措施有效降低材料性能分散性,才能从根本上控制结构失效概率水平。     

闭孔Voronoi泡沫的弹性性能分析

 基于BCC点集引入不同程度的随机扰动建立了闭孔泡沫的Voronoi随机模型,并采用有限元方法对其弹性性能进行了分析,得到了模型的相对弹性模量、泊松比以及表征其分散性的变异系数。讨论了所用模型的尺度效应、随机程度对弹性性能及其分散性的影响。此外,还讨论了相对密度对弹性性能的影响以及采用板壳单元对模型进行划分所带来的误差。结果表明,在相对密度小于0.3时采用厚度均匀的板壳单元可以对模型做出有效的描述。     

焊接方法对2219铝合金焊接接头力学性能的影响

通过室温拉伸和显微硬度,比较2219铝合金电子束焊接(EBW)、搅拌摩擦焊(FSW)和钨极氩弧焊(TIG)所获接头的力学性能,利用扫描电镜、光学显微镜等手段,比较三种接头力学性能差异,并探讨产生差异的原因。结果表明:EBW所获接头的室温抗拉强度达到母材的79%左右,焊缝处的显微硬度达到97HV;FSW所获接头的室温拉伸强度达到母材的74%左右,焊缝处的显微硬度达到97.6HV;TIG所获接头抗拉强度只有母材的53%,焊缝处的显微硬度为72HV。EBW和FSW所获接头的力学性能明显优于钨极氩弧焊接接头,运用扫描电镜和光学显微镜等手段,研究发现EBW和FSW所获接头焊缝区细小的等轴晶组织、Cu元素在焊缝中的分布均匀、高质量焊缝成形是接头具有良好性能的主要原因。     

超薄GH738板材激光微焊接接头的组织性能

采用脉冲微激光对厚度为0.2mm的GH738高温合金进行对接焊。工艺参数适当时,焊缝成形良好,试验最优工艺参数为:功率14.4W、脉冲宽度4.0ms、脉冲频率6.0Hz,接头抗拉强度983MPa,达到母材抗拉强度的94.7%。利用光学显微镜、扫描电镜、电子精密拉伸机等分析测试手段,对接头的金相组织和性能进行了测试分析。结果表明,焊缝组织显著细化,焊缝中心和熔合线附近上端、下端区域为等轴晶,熔合线中端区域为胞状向柱状生长转变,细晶区分布在焊缝表层。焊缝中心显微硬度与母材相比变化不大,熔合区前沿微观偏析导致熔合区硬度升高。