复合材料结构机械连接设计分析与试验研究

以某型机复合材料机身与主减后接头局部连接结构为研究对象,针对结构承面外载荷较大的特殊受载形式进行复合材料-金属接头机械连接技术研究。通过有限元仿真分析,确定了复合材料-金属接头的连接形式,并对复合材料机身结构连接区的局部铺层进行了优化,随后开展复合材料-金属接头连接结构的力学试验。结果表明,在给定载荷下,复合材料-金属接头机械连接结构具有足够的强度和刚度,满足设计要求。     

半平面横观各向同性热弹体三维热应力分析

利用直接积分方法,求解了横观各向同性热弹材料在力-热载荷作用下的三维半平面问题.其中,材料的各向同性对称面与半无限平面平行.本文将原始热弹方程简化为仅含应力张量的控制方程,且考虑了远端应力有限性等条件已确保控制方程的正确性.计算结果显式地呈现了机械和热学载荷对热弹体的影响并满足固体连续性条件.本文给出的求解方法适用于各...     

高体分SiCp/Mg复合材料真空压力浸渗制备工艺研究

进行了真空压力浸渗法制备高体积分数SiCp/Mg复合材料的工艺实验.结果表明,真空压力浸渗法具有良好的渗流条件,避免了气体和夹杂物的裹入等问题;在压力为300 kPa、温度为973 K及保压时间为5 min条件下,成功渗透了振实堆积的单一尺寸SiCp多孔体的最小粒径为32 μm;浸渗后的复合材料中SiCp体积分数达到了58.21%.经OM、XRD分析表明,镁液渗透均匀,复合材料内部组织致密,无明显的孔洞及夹杂等铸造缺陷.     

功能梯度形状记忆合金材料的热力学行为

功能梯度形状记忆合金（Functionally graded shape memory alloy,FG SMA）兼备功能梯度材料和形状记忆材料的双重特性,近年来已经引起科学界的广泛关注。本文根据复合材料力学理论,对功能梯度形状记忆合金复合材料层合板的本构关系进行研究,讨论了变温作用下不同铺层中嵌入形状记忆合金（Shape memory alloy, SMA）夹杂的功能梯度SMA复合材料层合板的热力学行为。数值结果与已有文献报导的研究结果基本一致,且本文研究表明：SMA夹杂嵌入在不同铺层中以及具有不同体积分数的情况下材料展示了不同的热力学行为。     

航空发动机和燃气轮机热端部件热腐蚀-疲劳研究进展

航空发动机和燃气轮机在海洋环境下服役时,热端部件承受高温、高压、高转速机械载荷和高盐雾、高湿度等腐蚀环境耦合作用,常发生热腐蚀-疲劳失效,影响结构完整性、安全性和可靠性。本文针对航空发动机和燃气轮机热端部件热腐蚀-疲劳失效问题,总结和分析了涡轮盘、涡轮叶片高温合金及涂层热腐蚀机理,涡轮盘、涡轮叶片高温合金热腐蚀-疲劳失效机理以及热腐蚀-疲劳寿命预测模型和寿命评估方法,并对航空发动机和燃气轮机热端部件热腐蚀-疲劳试验研究和寿命评估方法的发展趋势进行了展望,以期促进燃气-海洋环境耦合作用下热端部件结构完整性评定方法的发展。     

半平面横观各向同性热弹体三维热应力分析（英文）

利用直接积分方法,求解了横观各向同性热弹材料在力-热载荷作用下的三维半平面问题。其中,材料的各向同性对称面与半无限平面平行。本文将原始热弹方程简化为仅含应力张量的控制方程,且考虑了远端应力有限性等条件已确保控制方程的正确性。计算结果显式地呈现了机械和热学载荷对热弹体的影响并满足固体连续性条件。本文给出的求解方法适用于各类半无限热弹体力-热加载问题,并可为其他求解方法提供参考。     

涡轮盘热力耦合及中心孔疲劳裂纹扩展研究

基于有限元软件ABAQUS/Franc3D,对某型航空发动机涡轮盘在热-机械载荷作用下的疲劳裂纹扩展规律进行研究。首先,进行涡轮盘网格无关性验证以保证计算精度;其次,针对涡轮盘进行导热分析以确定温度分布;再次开展了热-力载荷联合作用下的应力应变计算、静强度校核;最后,计算了中心孔处疲劳裂纹扩展参量以及疲劳裂纹扩展寿命。研究结果表明:该涡轮盘在最大转速状态下静强度满足要求,中心孔区域为应力集中危险点。裂纹尖端温度变化速率随着裂纹的深入而增加,导致了裂纹尖端应力场的扰动,裂纹由I型模式转为I/II混合模式。疲劳裂纹扩展寿命预测结果偏于危险,但可为涡轮盘损伤容限设计提供依据。     

纤维增强复合材料层合结构的非线性热稳定性分析

考虑到纤维增强复合材料的弹性常数和热应变随温度变化的非线性关系，推导出复合材料层合结构在热载荷作用下大挠度的有限元列式和几何非线性屈曲分析的理论表达式，利用局部线性化，得到了既考虑几何非线性又考虑热非线性的屈曲方程，本文提出了一种实现双重非线性问题的计算方法，使该问题的工程计算成为可能。     

复合材料蜂窝夹芯板低速冲击损伤扩展特性

进行了碳纤维增强复合材料蜂窝夹芯板低速冲击试验及冲击后面内单向压缩试验,并采用解析解方法对含低速冲击损伤的复合材料蜂窝夹芯板在面内单向压载作用下的损伤扩展过程进行了预测与分析,分析结果与试验结果吻合较好.研究进一步扩展了解析解模型,使之能够预测和分析在面内双向拉压载荷作用下含低速冲击损伤的复合材料蜂窝夹芯结构的损伤扩展特性.分析结果表明,施加面内横向拉伸载荷会延迟复合材料蜂窝夹芯结构在面内纵向压载作用下低速冲击损伤扩展过程,从而提升结构在纵向的残余压缩强度.     

弯扭载荷作用变刚度复合材料圆柱壳的屈曲优化

通过曲线纤维轨迹设计,变刚度复合材料圆柱壳将拥有比常刚度(直线纤维)圆柱壳更好的抗屈曲稳定性。为研究弯扭载荷作用下曲线纤维铺层形式和几何参数对变刚度复合材料圆柱壳屈曲性能的影响,建立了变刚度复合材料圆柱壳的参数化有限元模型,结合序列二次响应面方法和圆柱壳屈曲优化模型建立了复合材料圆柱壳曲线纤维轨迹优化的设计流程;以准各向同性铺层复合材料圆柱壳为比较基准,对弯扭载荷作用变刚度圆柱壳在不同铺层方式、不同几何参数下的屈曲性能进行了优化比较。数值结果表明:弯扭载荷作用下,变刚度圆柱壳的屈曲性能随弯矩载荷占比增加而提高,均好于准各向同性圆柱壳,但扭矩载荷占优时,优化常刚度圆柱壳的屈曲性能更具有优势。     

基于细以方法的颗粒增强复合材料弹塑性分析

针对高体积含量的颗粒增强复合材料，提出了一种细观结构模型：将颗粒简化为同质、同尺寸的弹性圆球，两颗粒之间的连接基本简化为一弹塑性短圆柱体，并假设细观应力、应变和塑性区均为轴对称分布。其体和颗粒的变形行为分别简化为类似于弹性地基和弹性半空是，以此为基础，建立了反映一对颗粒法向和切向变形协调关系的两个积分方程。数值求解这两个方程，可得到一对颗粒间基体中细观应力的分布形式，从而建立颗粒对的细观弹塑性本构，采用平均化方法，进一步推导出材料宏观的应力－应变关系。本文利用该模型对一种金属基复合材料的拉伸实验进行了模拟，理论预测与实验结果吻合较。     

纤维增强复合材料宏细观传热分析

利用有限元单胞方法,通过对复合材料结构进行多尺度建模,分析了复合材料的传热性能,讨论了不同因素对于复合材料热传导性能的影响。首先采用有限元单胞法获得单层板的热物理性能,再根据具体铺层次序获得多层板的热物理性能,最后针对一种实际使用的航天复合材料支架结构进行了防热和承载能力的计算和试验。结果表明,复合材料单层板的热传导性能呈各向异性,沿纤维方向的热导系数与纤维体积比呈线性关系,垂直纤维方向的热导系数与体积比呈非线性关系,计算结果与试验结果吻合较好,文中采用的方法可用于复合材料结构的导热计算。     

平纹编织C/SiC复合材料热残余应力的模拟和分析

通过对平纹编织C/SiC复合材料SEM照片精确测量,获取了纤维束的几何参数,并以四参数正弦函数为拟合方程,得到了RVE的建模曲线方程,并建立了RVE的三维有限元模型。采用间接耦合的降温法,模拟计算了C/SiC复合材料的轴向热残余应力,其计算结果与理论值接近;并分析了制备温度以及纤维体积含量对热残余应力的影响。     

颗粒增强锌基复合材料断裂与断口分析

为探讨颗粒增强低熔点金属基复合材料的性能和断裂特性，扩大锌合金的应用范围，本项工作采用流变铸造法制备了ＳｉＣｐ／Ｚｎ，Ａｌ２Ｏ３ｐ／Ｚｎ基复合材料，对该材料进行了冲击韧性、弯曲强度、压缩强度等性能测试，观察了其断口形貌，分析了其断裂特性，提出了此类复合材料的断裂模式。文中还讨论了增强颗粒的表面处理、粒子含量、粒径大小、粒于种类、基体合金种类对复合材料性能的影响。     

SiCp／Al电子封装复合材料预制坯的制备

文章研究了粘结剂的含量、成型压力和烧结工艺对SiCp预制坯性能的影响规律,结果表明:随着粘结剂含量的增加,预制坯中SiC颗粒的体积分数越来越小,抗压强度在粘结剂含量为30%时达到最大,随后缓慢下降;成形压力在10-25MPa之间时,随着成型压力的增大,预制坯中SiC颗粒的体积分数越来越大,其抗压强度也越来越大;在800℃以下烧结时,随着烧结温度的提高,预制坯中SiC颗粒的体积分数变得越来越小,但在800℃以后没有明显的变化,预制坯的抗压强度随着烧结温度的提高而增大,在1100℃时,效果最好。     

基于能量等效的2.5维机织复合材料刚度预测

提出了用能量等效原理预测2.5维机织复合材料经向拉伸的弹性模量的方法。以2.5维机织复合材料受经向拉伸载荷时经纱的变形为基础,分析了受经向拉伸载荷时2.5维机织复合材料中经纱、纬纱和填充树脂的变形能,利用各组分材料的变形能之和与整体复合材料的变形能相等的原理,推导出2.5维机织复合材料的经向拉伸弹性模量的计算方法。与试验数据对比发现,本文方法对经纬向拉伸弹性模量的预测结果比采用组分材料力学性能体积平均加权的方法更加精确。结果验证了本文方法的合理性,表明本文的计算公式对纬向拉伸时同样适用,并且本文方法所需要的基础参数更容易获得。     

高比例SiCp/Al复合材料热膨胀系数的研究

通过无压渗透法工艺 ,选用不同颗粒度 ( 70 #,10 0 #,15 0 #,180 #) ,不同颗粒形状 (不规则多边形 ,近球形 )的SiC ,制备了不同基体材料 (纯铝 ,ZL10 1,ZL3 0 1)的复合材料试样 ,并用云栅干涉法对各试样的膨胀系数进行了测定。结果表明 :SiCp Al的膨胀系数随颗粒尺寸的增大而下降 ,近球形颗粒增强复合材料的膨胀系数比不规则多边形要小 ,不同基体材料的复合材料的膨胀系数按着ZL10 1,纯铝 ,ZL3 0 1的顺序增大     

电子封装用金属基复合材料的研究现状

本文介绍了电子封装用金属基复合材料的研究现状 ,分别从基体、增强体、制备工艺几方面讨论了其对复合材料性能的影响 ,着重介绍了作为电子封装材料应用前景较好的高比例SiC颗粒增强铝基复合材料及其已部分实现规模工业化生产的铸造法。并进一步提出了尚待解决的问题     

金属基复合材料的切削加工

选用四种切削性能优良的刀具材料：细晶粒硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和聚晶金刚石，对两种典型的金属基复合材料即氧化铝纤维增强与碳化硅颗粒和氧化铝纤维混杂增强铝基复合材料的切削加工性进行了全面深入地研究。结果表明：加工混杂增强铝基复合材料时，聚晶金刚石刀具的磨损阻力最大。而加工纤维增强复合材料时，细晶粒硬质合金刀具的磨损率低、工件表面完整性好且加工成本最低。本文对刀具的磨损机理也进行了深入探讨。最后，从刀具磨损和表面完整性观点出发，给出了加工不同金属基复合材料的最佳刀具材料。     

纳米ZnO/PEG/PET复合材料的原位聚合制备及其性能

通过原位聚合制备了纳米氧化锌颗粒增强不同添加量和分子量的聚乙二醇（PEG）与聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）共聚物的复合材料。研究了纳米粒子在基体里的分散,以及纳米粒子和PEG对复合材料结晶行为的影响。结果显示,纳米粒子在基体中以纳米尺度分散起晶核作用。PEG的加入使得纳米粒子分散更加均匀,PEG分子链段改善了PET分子链的柔性,由此导致复合材料的冷结晶温度降低,结晶速率提高。研究发现,当添加10％分子量为4000的PEG时,复合材料的结晶速率快速提高。复合材料的力学性能结果说明,纳米粒子对PET基体有增强增韧作用,但PEG会弱化该作用。