复合材料热膨胀性能的细观分析模型与预报

基于细观力学有限元方法对T300/5208,P75/934,P75/CE339,C6000/PMR 15,HMS/Borosilicate,P100/2024 Al六种复合材料的纵向和横向热膨胀系数进行了预报,并将预报结果与国内外常用的几种理论方法的预报结果以及试验值进行了对比,分析了各分析方法的预报精度.各分析方法对于复合材料的纵向热膨胀系数的预报结果与试验值均能很好吻合;对于横向热膨胀系数,各分析方法的预报结果相差较大.Rosen and Hashin(RH)方法与所建立的细观力学有限元分析模型的预报结果与试验值的吻合程度比其他理论方法要高,进而验证了细观力学有限元方法的可靠性.此外,基于细观力学有限元方法建立了各种材料体系热膨胀系数对纤维体积分数的响应关系,得出复合材料纤维/基体性能比对其热膨胀系数的影响,为航空航天结构先进复合材料的应用提供了技术基础支撑.     

氧化物涂层对航天器材料原子氧剥蚀的防护

采用磁控溅射方法在航天器常用材料聚酰亚胺(Kapton)表面沉积无机氧化物涂层(TiO₂和SiO₂),来提高材料的抗原子氧剥蚀性能.通过选择试验材料和参数,优化了沉积涂层的工艺,以克服容易产生裂纹的缺点.对材料进行了原子氧效应地面模拟试验,结果表明,在Kapton上沉积涂层后,质量损失下降了2个数量级.另外,有涂层的Kapton表面基本没有变化并且没有出现裂纹.其中,TiO₂由于热膨胀系数更接近Kapton,比SiO₂的防护效果更好.     

空间用反应烧结碳化硅反射镜坯体制备技术研究

采用凝胶注模(gel-casting)成型工艺并结合一种先进的消失模技术, 制备了具有各种不同轻量化结构形式的碳化硅(SiC)陶瓷素坯, 目前制备的背部半封闭素坯最大尺寸为1080 mm×820 mm; 素坯经过脱模、干燥、脱脂和反应烧结等, 可得到空间用SiC反射镜坯体. 对反应烧结碳化硅(RB-SiC)反射镜坯体的表面进行了光学加工, 并且测试了其各项性能. 结果表明, 所制备的RB-SiC陶瓷内部结构均匀致密; 力学性能和热学性能优异, 弹性模量、抗弯强度、断裂韧性和热膨胀系数分别达到了330 GPa, 340 MPa, 4.0 MPa•m1/2和2.6×10-6 K-1; 镜体经抛光后的表面粗糙度RMS值优于3 nm, 可作为空间用反射镜的候选材料.      

树脂基碳纤维复合材料的热物理性能之一——热膨胀

本文讨论了碳纤维复合材料的热膨胀机理及热膨胀系数的理论计算,总结归纳了CFRP材料中纤维排布方式、温度等因素对热膨胀系数的影响,最后给出了一些CFRP材料的热膨胀系数。     

基于RVE模型的空间天线结构热稳定性优化设计与热变形分析

空间环境温度变化会使空间天线支撑结构产生热变形,影响其使用性能,因此进行天线热稳定性设计及热变形分析具有重要的意义.基于代表性体积单元(Representative Volume Element,RVE)方法对空间天线结构进行热稳定性设计与热变形分析.通过建立纤维随机分布并含有材料孔隙的RVE,得到纤维热膨胀系数.对M40/TDE85单向复合材料的热膨胀性能进行实验测试,计算结果与测试结果吻合良好,验证了RVE模型的正确性与准确性.建立了复合材料圆管参数化模型,根据计算得到的热膨胀系数及优化算法,对天线支撑结构进行热稳定性优化设计,并对优化后的天线结构进行热致变形分析,结果表明优化后的结构具有很高的热稳定性.      

日本的微重力实验计划

为了更好地开发太空资源,日本宇宙开发事业团等单位最近联合确定了一项新的微重力材料加工实验计划,该计划得到了日本宇宙开发委员会的批准。它包括以下内容: 1.利用MASER进行材料加工实验在1989年瑞典发射的小型火箭MASER上搭载一部实验设备,进行材料加工实验。这一实验计划由日本航空宇宙工业会负责实施。 2.IML(第一次国际微重力实验计划) 这是由美国的NASA、欧洲的ESA和日本宇宙开发事业团共同参加的国际合作开发计划。日本宇宙开发事业团具体负责这一计划的实施。 3.FMPT(第一次空间材料实验)     

红外窗口材料的热辐射特性测量方法

飞行器在大气层内高超声速飞行时,高温窗口迅速成为气动热辐射效应的主要因素,气动热辐射效应会降低甚至破坏红外(IR)探测系统的性能.通过分析红外探测窗口热辐射传输特性,提出一种红外窗口材料的热辐射特性测量方法,并测量了应用于中波红外(MWIR)探测系统的某蓝宝石红外窗口材料在高温状态下的透过率和自身辐射等热辐射数据.结果表明:在100~350℃范围内,0.1mm厚蓝宝石材料薄层在中波红外3.7~4.8μm波段的热辐射特性与温度近似呈3次方关系,温度越高,蓝宝石透过率越小,自身辐射越大.强烈的自身辐射极易导致红外探测器局部饱和现象,对探测系统造成的影响比透过率引起的信噪比(SNR)下降要大得多.      

2004年世界航天发射统计

2005年初,俄罗斯网站www．cosmoworld．ru对2004年世界航天器发射情况做了比较详细的统计(见表1、2、3、4、5)”。总的说来,2004年全世界进行了54次发射,共发射了76个航天器。绝大多数(53次)是成功的,仅失败1次(以色列),其中1次是部分成功(发射电星一18的天顶号火箭上面级未能二次点火),失败率为1．43％(2003年为3．28％)。但是总的发射次数比2003年减少了9次。     

一种由压电双晶片测量压电材料参数的动态模型

根据悬臂梁式压电双晶片的动态导纳矩阵 ,提出一种压电材料参数动态测试模型 ,用于测量压电双晶片的几个主要材料参数 :压电应变常数d3 1、机电耦合系数k3 1、介电常数εT3 3 、弹性柔顺系数sE11及材料参数的温度特性。这种测量方法不同于通常的由标准试样测量压电材料参数的方法 ,它直接由一种实用元件—压电双晶片 (非标准试样 )测量压电材料的参数。介绍了测试原理、测试步骤及一种实际试样的测试结果。理论与实验结果表明 :这种新的测试方法是可行的。     

功能梯度材料活塞三维温度场分析

功能梯度材料零件具有单质材料零件无法比拟的理化性能优势,然而由于材料分布复杂以及对功能梯度材料本身性能研究不充分,功能梯度材料零件性能分析存在很多困难.以陶瓷纤维梯度增强活塞、陶瓷纤维非梯度增强活塞为例,应用复合材料热性能理论,采用有限元分析软件ADINA中的ADINA-T模块和结构分析模块对功能梯度材料活塞和普通活塞的温度场和热流场进行了计算分析,结果表明使用陶瓷纤维梯度层可以明显改变活塞温度分布,降低散热量,缓和由于热膨胀系数不匹配,在陶瓷纤维增强层与活塞本体交界处产生的应力.     

双金属弹簧加工工艺总结

<正> 一、双金属弹簧的工作原理、技术要求及其应用双金属系由两种(或两种以上)热膨胀系数不同的金属片经钎焊或深熔焊后,多次热轧、热处理,最后以百分之五十的压缩率一次冷轧、切边制成(图1)。当温度变化时,双金属片产生挠曲变形。双金属制成的元件应用于温度测量、补偿和控制及电路控制等方面。本文所述双金     

基于EMT采用FEM研究含裂纹介质中弹性波传播机制

了解和掌握弹性波在含有裂纹介质中的传播规律是开发利用页岩气等非常规油气资源中的关键科学问题.本文基于数值模拟的优点,采用商用有限元软件Nastran模拟弹性波在含裂纹介质中的激发及传播方式,分析了弹性波在该介质中裂纹微结构(密度和纵横比)对弹性波传播动力学特性的依赖程度.结果表明:有限元方法(FEM)可以用于该问题的研究;Hudson等效介质理论(EMT)不适用泊松比近0.5的材料;裂纹密度、纵横比的增大会减小纵波(P波)波速值,以及衰减位移时域响应的首波振幅,且裂纹密度对于该材料的各向异性的影响要远大于纵横比的作用.      

卫星桁架结构跨尺度热—力耦合优化设计与分析

卫星飞行过程中,高精度测量设备的复合材料支撑结构经历多种温度环境,影响结构的热稳定性。为对其热学性能进行研究,综合考虑热—力耦合优化设计,首先,发展了复合材料热膨胀系数跨尺度数值模型。在微观模型中,通过建立代表性体积单元(Representative Volume Element,RVE)模型,由纤维热膨胀系数计算得到单向复合材料热膨胀系数;建立复合材料构件宏观模型,采用微观模型计算得到的热膨胀系数对宏观模型进行分析与计算。为验证复合材料热膨胀系数跨尺度数值模型的正确性,对复合材料管件的热膨胀性能进行了试验测试,测试结果与数值计算结果具有很好的一致性。其次,对卫星桁架杆件进行热稳定性优化设计与分析,综合考虑管件的热膨胀系数与刚度的约束条件,采用具有二阶收敛特性的共轭梯度法对复合材料构件的铺层进行优化设计,发展了复合材料桁架结构热—力耦合优化设计流程。最后,针对某卫星天线桁架支撑结构进行了定热膨胀系数设计与分析,结果表明采用跨尺度热—力耦合优化设计方法得到的热变形量远小于天线支撑结构给定的指标。该方法可用于卫星复合材料桁架结构热稳定性设计与分析。     

测量高损耗材料在高频下的电容和电阻的新方法

本文介绍精密测量高损耗材料(Q_x 值低至5×10~(-3)左右)的电容 C_x 和损耗电阻 R_x 的新方法。一测量电路的原理图1示出可在高频下不受并联电阻值的影响、准确测量电容和同时侧量该并联电阻的电子电路。图1(")示出的为静电藕合并联谐振式电路,图1(b)则为电磁祸合串联谐振     

一种活性环氧增韧固化剂性能分析

以壬基酚和甲醛所形成的二聚体为原料,合成了一种新型结构的环氧固化剂双(2-羟基-3 -胺乙基胺甲基-5-壬基苯基)甲烷(BA),利用红外光谱(IR)、核磁共振谱(1HNMR)表征了产物结构.通过差 示扫描量热(DSC)研究了该固化剂的反应活性,确定固化剂最佳质量分数为43.19%.固化 树脂动态力学分析(DMA)表明,由于BA分子结构中存在正壬基,固化后会发生β- 松弛, 能够提高树脂韧性.力学性能测试发现BA固化树脂的冲击强度比普通芳香胺固化树脂提高了 36.91％,证明BA具有高活性和增韧双重效果.      

SOI/SIMOX-CMOS器件的研究

研究SOI-SIMOX(Silicon On Insulation-Separation by Implanted Oxygen)材料及SIMOX-CMOS器件.高能大剂量(170keV,1.5×10¹⁸/cm²)氧离子注入到P型(100)单晶Si衬底,再经高温长时间(1300℃,6h)退火,形成SIMOX结构材料.经测试,SIMOX表层单晶硅膜反型为N型,研究表明,这是由于在制备SIMOX的工艺中,残留在SIMOX表层硅膜内的氧离子起施主作用所致,并计算出氧杂质在硅中的施主电离能,其值为0.15eV.采用SIMOX材料研制了MOSFET及CMOS三3输入端与非门电路,并介绍了研制SIMOX-CMOS器件的主要工艺.     

一个与蜂窝结构温度分布有关问题的解

<正> 蜂窝结构具有重量轻、比强度高、比刚度大等优点,已在航空器和航天器上得到广泛的应用。蜂窝结构基本上可分为上面板、下面板和蜂窝蕊三部分。当蜂窝结构被用于制作飞行器舱体时,其上面板(或称外面板)直接经受对流和辐射换热,其下面板(或称内面板)与舱内空气接触。这样,在假定: 1.飞行器飞行攻角为零;蜂窝厚度相对于壳体半径为小量; 2.内面板、外面板和蜂窝蕊材料均匀,并且它们的物理性能参数与温度无关;     

印度成功发射首个返回式太空舱

2007月1月10日,印度用极轨卫星运载火箭-C7(PSLV-C7)成功发射了首个返回式太空舱--太空舱返回实验-1(SRE-1)和3颗卫星.这是2007年的世界首次发射,为该国实现载人航天计划迈出了重要一步.     

Nb/α-Ti3Al体系的互扩散行为

采用反应扩散偶的方法,研究了Nb元素在α-Ti₃Al中的扩散行为.反应扩散偶经过120 h扩散退火,在高温(1 573 K)下生成了均匀的β-(Ti,Nb)扩散层;低温(1 273,1 423 K)下生成不均匀的扩散区,相组成为Ti₃Al(Nb),β-(Ti,Nb)及Nb₂Al.采用Dayananda方法计算了体系的扩散系数,即根据一个扩散偶的浓度分布曲线计算体系的扩散系数.采用平均扩散系数来表征体系的扩散系数,得出扩散模型和相关扩散机理.结果表明:Ti和Al的主扩散系数比Nb的主扩散系数大5个数量级;Ti的主扩散系数约是Al的2倍.Nb通过占据Ti的空位进行扩散,Nb的掺入阻碍了Ti元素扩散,从而提高了α-Ti₃Al体系的高温抗氧化性能.     

带防热层复合材料锥壳热固化变形的数值模拟

采用数值模拟方法研究带防热层缠绕成型复合材料锥壳热固化变形的形成机理和影响因素.建立了带防热层复合材料锥壳热固化变形预测的三维有限元程序.计算结果表明:外层防热材料和内层结构材料热膨胀系数不匹配是引起壳体固化变形的主要原因.提出在内层和外层之间增加中间过渡层的方法控制壳体的固化变形,中间层材料为丁腈橡胶片时可使固化变形减小20%以上.采用数值模拟方法讨论了中间层模量、厚度以及缠绕张力对壳体固化变形的影响,分析结果表明:固化变形随中间层模量的增加而增加,随中间层厚度的增加略有减小;缠绕张力释放增加壳体的固化变形,缠绕张力越大引起的固化变形越大.