形状记忆聚合物复合材料可展开结构的研究进展

形状记忆聚合物(shape memory polymers,SMPs)作为一种新型的智能材料,在航空航天领域显示出巨大的前景。根据SMPs材料的变形机理、组成及结构将其与一定的增强相进行复合,可设计出具有低成本,展开过程平缓,振动小,高强度,导电性能优良的智能材料。本文主要介绍三种可用于SMPs复合材料展开结构的基体,以及每种基体制备形状记忆展开结构的方法,从宏观结构上对三种SMPs复合材料展开结构进行分类讨论,分析不同种类聚合物形状记忆的机理、力学性能、形状变化的固定率和回复率等,介绍SMPs复合材料在空间可展开结构中的应用。     

一种较简单的低循环疲劳寿命预测法

 <正> 1。引言 局部应力应变法是目前预测结构裂纹起始寿命的一种行之有效的方法。根据局部应力应变法的原理,可以用计算的方法来预测构件裂纹起始寿命。在计算中,从载荷谱得到局部应变谱,可利用有限元法分析结构的局部应力应变响应。当然还可利用半经验公式(如Neuber法等)。在计算中若考虑材料的记忆特性和循环σ-ε曲线,这无疑对真实地反映受载构件的局部应力应变响应是有利的。但要做到这一点,用有限元分析所需的机时相当可观,因为它要对整个寿命期间的载荷历程进行分析计算,至少也要针对一个典型谱分析计算。 计算中材料的循环应力应变曲线一般可采用下式     

基于数字图像相关方法微裂纹萌生试验研究

为了进一步研究疲劳裂纹在萌生阶段的特点,本文结合数字图像相关方法 (Digital Image Correlation Method,DIC)设计并组建了配合液压疲劳试验机加载的原位观测系统。同时针对DIC测量方法中的关键技术进行研究,分别提出了一种可应用于视场宽度2mm下DIC计算的微小散斑制备方法,以及空间调节方法以提高试验可靠性。最后应用该系统开展针对航空发动机火焰筒材料GH536的微裂纹自然萌生试验。通过采取两种不同的DIC分析策略,分别获得疲劳过程中的总应变幅以及最大累积塑性应变的演化规律。结果表明总应变幅演化可确定自然萌生裂纹位置,最小可识别50μm裂纹;最大累积塑性应变分析可得萌生寿命占比约85%,并在裂纹出现后塑性应变急剧增加。     

面向空间应用的薄膜可展开结构研究进展及技术挑战

空间可展开结构正向着大型化、轻量化和高精度的方向发展,薄膜可展开结构以其高收纳比、高比刚度等优势而成为大型空间可展开结构的重要实现手段之一。结合未来构建大型空间结构系统的需求,梳理了薄膜可展开结构在大面积电池阵、大口径星载天线、太阳帆、遮光板、再入减速装置及太空舱等多个方面的典型空间应用,介绍了各类空间薄膜可展开结构的研究进展,探讨了薄膜可展开结构在系统设计、柔性材料、收拢展开、结构控制和加工测试等方面存在的技术挑战。     

基于SHPB实验的聚碳酸酯动态特性研究

聚碳酸酯(PC)材料广泛应用在炮弹、火箭弹等军事领域,从而遇到此环境下的冲击加载问题,即材料的高应变率力学特性问题。分离式霍普金森压杆(SHPB)实验是测试材料在高应变率下力学响应的一种行之有效的实验手段。本文利用SHPB对PC进行了动态冲击压缩实验,实验结果表明:聚碳酸酯抗冲击性好,在高应变率下,PC的屈服强度和弹性模量与准静态相比明显提高;聚碳酸酯表现出对应变率的敏感性。     

高应变石墨纤维

一般石墨纤维的断裂应变在1.1％左右,美国赫克里士公司(Hercules Inc.)最近宣称供应一种高应变石墨纤维,它的断裂应变可达1.5％,比一般石墨纤维高40％左右。这种高应变石墨纤维美国联邦航空局(FAA)鉴定,可用作民用飞机的主要构件,当然也可作为其他应用。     

孔边裂纹塑性应变疲劳扩展试验研究

简介了循环J积分ΔJ*path体系,以16MnR钢单边椭圆孔边裂纹试件进行了6种循环应力比的恒幅应变疲劳裂纹扩展试验,采用材料应变疲劳循环加载条件下的应力-应变关系,通过弹塑性有限元素法计算ΔJ*path参量,研究了孔边高应变区裂纹塑性应变疲劳扩展规律。结果表明：ΔJ*path能够作为缺口高应变区裂纹塑性应变疲劳扩展的控制参量,与裂纹扩展速率da/dN之间的指数关系,可通过相同材料的标准试件应力疲劳裂纹扩展由Paris公式与ΔJ*path=ΔK2/E转换得到。     

基于累积损伤模型的NEPE推进剂温度及率相关破坏准则研究

建立考虑温度及应变率因素的适用于粘弹性固体推进剂的破坏准则,通过对NEPE复合推进剂试件在6组不同环境温度(-50~50℃)下进行了5组不同拉伸速率(1~500mm/min)的等速率拉伸破坏试验,结合试验数据获取损伤模型参数,建立了考虑温度及应变率因素的基于累积损伤的结构强度准则。并利用建立的损伤模型来预测推进剂试件在选定温度(20℃,-50℃)及应变率条件下(20mm/min,200mm/min)的破坏情况,预测结果与试验数值吻合较好,说明该损伤模型能够较好地描述NEPE推进剂材料的破坏过程,可在一定温度(-50~50℃)及应变率(1~500mm/min)范围内作为一种普遍适用的推进剂破坏准则。     

快速凝固/粉末冶金高阻尼铝合金挤压成形过程的数值模拟

 采用有限元分析软件ANSYS,分析了快速凝固/粉末冶金 (Rapidly Solidified/Powder Metallurgy,RS/PM)高阻尼铝合金FMS0714/10(Zn-30Al)的挤压成形过程,研究了模具与坯料间的摩擦条件和挤压比对阻尼铝合金成形过程的影响,探讨了挤压过程材料表面产生裂纹的机理,进行了成形工艺优化。研究结果表明：挤压过程中FMS0714/10(Zn-30Al) 阻尼铝合金材料的流动与变形不均匀,导致了应力应变分布的不均匀：材料表面应力应变较大,芯部应力应变较小;表面过大的应变和轴向拉应力是表面裂纹的诱因;减小模具和坯料间的摩擦,增大挤压比,可以减小材料表面应力,使应变分布趋于均匀,从而减少材料表面损伤,优化材料表面质量,提高成品合格率。数值模拟的研究结果将为FMS0714/10(Zn-30Al) 阻尼铝合金材料挤压工艺的制订以及新材料的设计和研制提供有益的参考。     

基于液态金属的锁紧/解锁装置在空间展开机构中的应用

针对空间可展开机构中使用爆炸螺栓有明显冲击振动缺点的问题,基于液态金属合金材料熔点较低、合金成分可调、材料性质可设计的特性,提出了将液态金属应用于空间可展开机构的锁紧/解锁装置设计中。初步设计了一种锁紧/解锁机构,对设计的机构进行了仿真失效分析,指出该机构在低于2300 N承载力下有着较好的锁紧能力;设计了拉伸承力试验,得到可承受的拉伸应力会大于19.2 MPa的结论,且设计了对锁紧/解锁装置的加热试验,该试验证明机构可顺利解锁。由此初步得出了液态金属可以在空间可展开机构上得到应用的结论,为液态金属在进一步的实际工程应用中提供参考。     

梁在短时受热受力下的弹塑性弯曲

本文考虑梁在短时受热受力情况下的弹塑性弯曲,应用平面假定,考虑非均匀温度引起的热应力和非均匀材料性能。对于不同温度的材料应力应变曲线,提出了用温度函数和应变函数的乘积表达应力的近似关系式。并用多项式和冪函数作为应变函数,分段近似材料曲线。近似表达式对RS-120的材料曲线给出了很好的结果。本文对弯矩较小、热应力不能忽略的弹塑性弯曲问题给出了同多项式近似解法, 结果准确, 计算相当简单。对于弯矩较大、热应力可以忽略的情况给出了同冪函数近似解法, 计算非常简单, 结果亦好。文中并从分析和计算结果看出: (1)热应力对弯矩曲率关系的影响较小; (2)对于热弹塑性弯曲梁变形问题较热应力问题更为重要。     

一类空间对称6R机构的运动学研究及组合应用

可展开平板机构已广泛应用于平板天线、太阳翼等航天机构产品。为提高可展开平板机构的刚度和展收比,将空间对称6R机构应用于可展开平板机构设计。首先,根据约束条件,计算后给出了一种空间3R运动链的几何参数关系;然后,结合螺旋理论,分析了该3R运动链的约束螺旋系;进而根据对称性,研究了空间对称6R机构的自由度、奇异性等运动特征;在此基础上,提出了一种特殊的空间对称6R转动机构;最后,研究了空间对称6R机构的组合方法,设计出一种新型单自由度可展开平板组合机构,并对其进行了运动学仿真验证。该可展机构具有二维方向的展开收拢能力,为可展开平板机构的创新设计提供了有益参考。     

DD6合金1100℃低周疲劳行为

研究了1100℃下镍基单晶高温合金DD6不同应变比(R=-1,0.05)下的低周疲劳行为。结果表明:材料的循环软化/硬化行为不仅与材料本身的微观结构有关,还与加载状态有关;平均应变为正时,非对称循环应变控制会产生平均应力松弛现象,且随着应变幅的增大,平均应力松弛速率增大;R=-1时,材料表现出拉压不对称性;采用三种不同的模型对不同应变比下的寿命进行表征,预测精度基本落在±2倍的分散带内。     

应变速率和温度对NiAl-30Cr-4Mo 共晶合金拉伸性能的影响

研究了温度和应变速率对NiAl-30Cr-4Mo共晶合金的拉伸性能的影响.研究结果表明在同一应变速率(1.67×10-4/s)下,随着温度的升高,材料的塑性增加;在韧脆转变温度(BDTT)923 K以上,随着应变速率的降低,合金的拉伸断口韧窝密集程度增大,合金塑性断裂的趋势越明显,且屈服强度随应变速率的降低而下降.     

三维编织复合材料内部应变场有限元计算与原位测量

三维编织复合材料被大量用于航空结构设计,在航空服役过程中需承受各种复杂载荷。测量三维编织复合材料内部原位应变,将其应用于建立材料失效预警系统和结构强度设计。在三维编织复合材料内部埋植光纤Bragg光栅传感器和在材料表面粘贴应变片,同时测量结构内部和表面原位应变。构建均质模型和细观结构模型,采用有限元方法分析内部原位应变场分布,有限元分析结果和试验测量结果吻合性较好。发现在准静态单轴拉伸载荷作用下,三维编织复合材料不同位置原位应变值产生变化。三维编织复合材料轴向正中间截面应变分布较为均匀;内单胞处原位应变略大于面单胞处原位应变(最大差值约0.08%);外表面原位应变大于面单胞处原位应变(最大差值约0.1%)。在三维编织复合材料航空结构设计中,需要充分考虑并合理使用三维编织复合材料不同位置的应变值,使材料设计和利用效率最大化。     

SiC_P/Al-Cu复合材料动态再结晶行为及临界条件

利用Gleeble-1500D热模拟试验机对40%SiC_P/Al-Cu复合材料进行压缩实验,研究其在温度为350~500℃、应变速率为0.01~10 s~(-1)条件下的高温塑性变形行为。由实验得出变形过程中的应力-应变曲线,采用加工硬化率处理方法对应力-应变数据进行处理,结合lnθ-ε曲线的拐点和(-α(lnθ)/αε)-ε曲线最小值的判据,研究该复合材料动态再结晶临界条件。结果表明:40%SiC_P/Al-Cu复合材料的应力-应变曲线主要以动态再结晶软化机制为特征,峰值应力(σ_p)随变形温度的降低或应变速率的升高而增加;该材料的lnθ-ε曲线出现拐点,(-α(lnθ)/αε)-ε曲线出现最小值;临界应变(ε_c)随变形温度的升高与应变速率的降低而减小,且临界应变与峰值应变(εp)之间具有相关性,即ε_c=0.528εp;临界应变与Zener-Hollomon参数(Z)之间的函数关系为ε_c=4.58×10~(-3)Z~(0.09)。透射电镜观察显示应变为0.06时(变形温度为400℃,应变速率为10 s~(-1))已经发生动态再结晶,应变为0.2时,动态再结晶晶粒充分长大。     

循环载荷对单向CMCs应变分布均匀性的影响

采用数字图像相关方法 (Digital Image Correlation,DIC)获得单向C/SiC复合材料在加载过程中的应变分布,并研究应变分布的特点以及循环载荷对应变分布均匀性的影响以更好地理解CMCs的力学特性。结果表明,单向C/SiC复合材料在加载初期,由于材料内部存在初始缺陷,应变呈现点状分布,对应应力-应变曲线中最初的线性阶段;在加载中期,应力-应变曲线进入非线性,此时基体裂纹开始增加,应变分布散乱;加载后期,应变呈现带状分布,且应变带位置与裂纹位置相对应,近似于等间距分布,此时应力-应变曲线恢复线性变化。循环加载会对材料受单向拉伸时的拉伸应变分布产生较大影响,使其分布散乱;但随着单向拉伸应变增大,试件上的拉伸应变分布趋于均匀。     

三维五向编织复合材料的冲击压缩特性及破坏机制

利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)实验系统和高速摄像技术对三维五向碳/环氧编织复合材料的动态压缩特性进行研究。通过对编织角为22.3°的试样分别进行沿纵向和横向方向的冲击压缩实验,得到材料在200~1200 s^-1应变率范围内的应力应变曲线,并结合高速摄像记录的动态压缩过程,对不同应变率下材料在高速变形下的渐进破坏规律进行分析。同时,综合试样的宏观破坏特征和微观断口形貌特征,进一步分析材料的破坏模式及破坏机理。结果表明:随着应变率的增加,材料在纵向和横向均具有一定的应变率强化效应,在横向方向的应变率强化效应更为显著;不同加载方向下材料的渐进破坏过程、应力应变曲线特征以及破坏方式均具有明显差异,且随着应变率的增加而发生改变。     

飞机全系统电磁兼容性试验采标分析

简要阐述了飞机全系统电磁兼容性 (EMC)试验的内容和特点 ,分析了目前有关飞机EMC工程中常用的标准 ,结合型号任务中全系统EMC试验采标实践 ,总结归纳飞机全系统EMC试验的采标方法。     

空间对称型7R机构运动特性分析及组合应用

提出了一种空间对称型7R机构,可利用此机构组合构造空间可展开机构。通过旋量拓扑图分析了其整体自由度,得到了其运动副轴线方位变化时整体机构自由度数目的变化情况;基于反螺旋理论分析了运动副轴线方位不同的情况下运动输出构件的自由度数目和性质,并针对其瞬时性做了判别,发现其在不同运动副轴线方位布置情况下会出现局部自由度与瞬时自由度;分析了机构在不同驱动情况下的奇异特性,得到了机构在不同的驱动下处于奇异位形时的几何条件;最后选定自由度为1时的空间对称型7R机构组合构造了一类单自由度多棱锥型空间可展开机构,通过设置其运动副轴线方位,可以使其具有较大收拢率,同时当机构完全展开时,奇异特性使得其具有较好的力学性能。通过多个棱锥型空间可展开机构的组合,可以构造出新型大尺度空间可展开机构,在航空航天领域具有较好的应用前景。