浮空器管材结构连接方式比较及拉伸强度分析

浮空器结构件如吊舱、过渡架及推进支架等多采用金属管材连接。目前,浮空器管材结构连接缺乏使用工况下极限值实测数据,材料及连接方式选择的理论支撑尚有不足。据此,对常用管材的不同连接方式进行比较及断裂分析。研究中铝合金和钛合金管材分别采用螺接及焊接的方式进行连接,测试样品的力学性能并结合仿真分析验证其断裂原因。结果表明:TA1钛合金管材采用焊接连接方式,相对螺接方式连接强度提高 87.9%;6061铝合金管材采用螺接连接方式,相对焊接方式连接强度提高 39.3%。2A12铝合金管材焊接连接强度优于螺接连接强度。同时,分析断裂原因发现,管材形变是影响焊缝连接强度的重要因素;应力集中易发生在管材端部连接处,导致端部焊缝发生断裂;管材形变会使母材断裂时伴有撕裂现象,进一步降低管材的最大连接强度。     

难加工材料加工技术

正先进结构材料(如新型轻质高强结构材料、高温及超高温结构材料、结构金属间化合物材料等)因优越的性能在航空领域具有巨大的发展潜力,但其较差的切削加工性在一定程度上限制了材料的应用,需要不断优化加工工艺,研究新的成形技术和方法。     

氧化铝基吸波材料研究进展

雷达波吸收材料在国防领域发挥着重要的作用。厚度薄、密度低、吸收频带宽、吸收强是当前吸波材料的研究重点。高马赫飞行的武器装备会因空气阻力而使机体局部温度很高,常温吸波材料不适用,亟待研究耐高温并高效吸收电磁波的吸波材料。以氧化铝为基体,复合不同类型吸收剂制备的高温吸波材料已被广泛关注与研究。本文系统总结近年来金属(合金)/氧化铝复合吸波材料、非金属/氧化铝复合吸波材料、其他含氧化铝复合吸波材料的研究现状,对不同结构(纳米线、微球及纳米颗粒等)吸收剂与多种形态(多孔膜、纤维或纳米颗粒)氧化铝基体制备的复合吸波材料的结构、性能和吸波机理进行了分析,并对金属(合金)/氧化铝复合吸波材料及非金属/氧化铝复合吸波材料的发展方向做出展望。在金属(合金)/氧化铝复合吸波材料方面应加强:(1)开发纳米级的球形超细金属吸收剂,利用纳米粒子的特殊效应来提高吸波性能;(2)进一步探索合理的制备工艺,达到吸收剂与基体良好匹配。在非金属/氧化铝复合吸波材料方面:(1)进一步加强氧化铝纤维布和氧化铝网状基体与纳米吸波剂复合的研究;(2)加强高分子特殊核壳结构、阻抗匹配层等方面的研究;(3)加强宽频吸波材料及吸波剂改性增强吸波材料的研究;(4)开展金属氧化物粉体与无机黏结剂组成的无机基体方面研究。     

粉末冶金Ti-Al 系金属间化合物的研究

由于可以制备出组织细小、均匀的Ti-Al系金属间化合物材料,粉末冶金技术在Ti-Al系金属间化合物材料的应用研究方面具有很强的优势.本文以Ti-23Al- 17Nb( at％)和Ti-45 Al-2Cr-2Nb-(B,W)(at％)为例,介绍了粉末冶金技术在Ti-Al系金属间化合物材料制备及成形方面的制备工艺、性能和部分样件,展示了Ti-Al系金属间化合物材料在航天及武器型号方面良好的应用前景.     

航空管路进口薄壁管材无损检测与评价

通过对国外5个厂商的3种材料20个规格39个批次的金属薄壁管材进行超声无损检测,发现进口管材上具有不同程度的表面缺陷和内部缺陷,典型缺陷有凹坑、划伤、折叠、外壁裂纹和内部裂纹等。其中有些内部缺陷较细微,需要灵敏可靠探伤技术装备和严格执行检测规程才能发现。与国内生产的管材无损检测结果对比表明,进口管材质量不尽人意,须经100%探伤复验才能应用于飞行器制造。而国产管材在有效执行无损检测规程的前提下,质量也可以得到可靠保证。     

引入材料参数的弯管中性层偏移解析模型

中性层偏移是表征管材弯曲内外侧不均匀变形程度的关键参数。基于弯管截面力矩平衡条件,建立了引入材料参数的管材弯曲变形中性层偏移解析模型,针对管材数控绕弯和压弯过程对所建模型从多个方面进行了评估,研究了不同几何和材料等管材本征参数下的管材弯曲中性层偏移规律。结果表明:应用于TA18钛管数控绕弯,发现所建解析模型与已有解析方法预测精度相当,但能考虑材料参数影响,且相较于有限元模拟,本文解析模型更接近实验结果;应用于A6063铝合金管和AZ31镁合金管压弯过程,并与Hasegawa解析方法相较,发现本文解析模型能够准确预测拉压不对称对压弯中性层偏移的影响;弯曲半径减小,弯管直径增大,中性层向弯曲内侧移动;拉压屈服强度比减小,厚向异性指数增大,中性层向弯曲内侧移动。     

陶瓷基多层复合频率选择表面材料的研究

以多孔氮化物陶瓷材料为频率选择表面(FSS)多层复合透波材料的介质支撑体,以耐高温的导电金属铂采用丝网印刷工艺制备FSS,通过多层FSS的复合制备了宽频透波材料,对其微观结构和透波性能进行了测试分析。结果表明:多层FSS层间结构重叠性好,周期一致;FSS材料组成稳定,形成具有良好导电性能的致密结构层;多层陶瓷/金属FSS在9.5~18 GHz具有95%以上的透过率。     

基于Johnson-Allard模型的金属橡胶材料吸声性能研究

金属橡胶是一种由金属丝制成的新型材料,具有良好的环境适应性与制造工艺性,在振动与噪声抑制方面有着广阔的应用前景。本文基于刚性骨架多孔材料内流吸声Johnson-Allard模型,对金属橡胶进行了吸声性能理论推导,得到了金属橡胶的可设计参数——材料参数(孔隙率、丝径)、结构参数(厚度、空腔深度)与吸声性能的关系,通过数值计算讨论了材料参数、结构参数对吸声性能的影响规律。本文研究为金属橡胶用于吸声设计奠定了基础。     

先进高温材料

<正>随着航空发动机推重比的提高,急需发展集轻质、高强韧、耐高温、长时间、抗烧蚀于一体的高温结构材料,以满足愈加苛刻的服役环境。金属间化合物、碳/碳复合材料及陶瓷基复合材料,因具有优异的性能而在高推重比航空发动机领域具有巨大的应用潜力,被视为新一代重点发展的革命性高温结构材料。在可靠性、耐久性、工艺性及性能综合平衡基础上优化重量,实现材料与工艺、结构与     

基于三维数字图像相关法的管材胀形试验

相较于传统材料性能测试试验,管材液压胀形试验能更准确的复现管材在流体面力作用下的材料流动及硬化规律。针对传统测量方法中存在的破裂冲击及轴向轮廓测量难等现象,利用三维数字图像相关法(3D-DIC)对5A02铝合金管材胀形试验进行测量。建立了管材自由区域的力学模型,给出了自由区域壁厚分布计算的一般方法,获取了5A02铝合金管材的本构方程,并采取有限元方法对上述结果进行对照验证。结果表明,采取幂指数形式的本构方程的最大相对误差小于10%,轮廓最大相对误差误差小于1.5%,壁厚最大相对误差小于2%。最后,通过控制自由区域的长径比获得了5A02管材左侧成形极限曲线(FLC)。     

空间摩擦学及其材料的研究进展

综述了空间苛刻服役环境及其对空间摩擦学材料性能影响的研究,深入分析了空间环境对空间摩擦材料、空间耐磨材料和空间减摩材料摩擦磨损机理的影响。空间摩擦材料主要应用于空间对接机构及空间机械臂中,应具有稳定的摩擦力矩与优良的抗黏着磨损性能。空间耐磨材料主要应用于空间轴承、齿轮和密封件等部件中,如FeAl金属间化合物在高温下抗蠕变性急剧下降,常通过添加金属元素(Ce,Cr,Mn,Mo,Nb,W等)及固体润滑剂提高材料抗蠕变性能;Ti及其合金常通过表面改性改善黏着性;与基体结合性良好的耐磨涂层可以较大程度的改善材料的耐磨性。空间减摩材料主要指润滑剂与自润滑材料,如软金属Pb、高分子材料PI和PTFE等,以及某些金属的氧化物,氟化物和硫化物等,能较好地降低材料表面的摩擦因数。随着航天科技的发展,亟须开发新型高性能空间摩擦学材料,建立摩擦学材料数据库,以应对国际航天技术发展的挑战。     

镍铝氮化硼封严涂层喷涂工艺研究

以镍铝包氮化硼粉末为喷涂材料,采用大气等离子喷涂工艺制备高温封严涂层,以扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等方法分析、观察了涂层的组织及结构,测试了涂层的结合强度和表面洛氏硬度。结果表明:涂层呈典型的层状结构,由镍铝金属化合物、氮化硼多相组成,涂层与基体结合强度为10.57MPa,涂层表面洛氏硬度为74.8(HR15Y),涂层抗热震性能良好。     

先进材料在战斗机发动机上的应用与研究趋势

美国、英国等国家特别重视战斗机发动机材料的发展,通过制订和实施一系列先进材料研究计划,开发和验证轻质高强度材料,为发动机研制提供技术保障.综述各国现役、在研和预研战斗机发动机的材料应用情况,总结树脂基复合材料、钛基复合材料、钛铝金属间化合物、单晶高温合金、粉末高温合金、陶瓷基复合材料、陶瓷热障涂层等材料及其工艺应用趋势.先进材料研究的发展趋势:①向低密度高强度发展,以减轻质量;②向高强度与高耐温能力发展,以提高涡轮进口温度;③向一体化(材料、工艺与结构设计)发展,以实现材料特性与结构的最优组合.     

不同圆角过渡的3A21铝合金矩形管弯曲壁厚变化与损伤研究

为获得不同圆角过渡3A21铝合金薄壁矩形管弯曲的壁厚变化和损伤情况,采用弹性模量变化法,通过对拉伸进行试样反复加载、卸载试验,获取了Lemaitre断裂准则中的损伤参数。基于ABAQUS/Explicit的VUMAT二次开发平台,开发了耦合Lemaitre准则的用户材料子程序,建立了相同弯曲半径条件下不同圆角过渡的矩形管弯曲损伤预测三维有限元模型,并对模型的可靠性进行了验证。基于所建模型,研究发现管材壁厚减薄率与损伤最大值均出现在弯曲后截面50°左右,并且管材截面的圆角半径越小,其弯曲后中性层外侧壁厚减薄越严重,损伤值越大,即管材截面形状越趋向于矩形,弯曲过程中越容易发生破裂。     

杜善义院士访谈

1.同传统材料相比,复合材料具有哪些优势?杜院士:我是搞复合材料研究的,但我最早是搞力学研究的,后来为什么又做复合材料和力学的结合研究呢,情况是这样的。传统材料分为3大类:金属材料、无机的非金属材料(如陶瓷)和有机材料(如高分子材料)。当然材料还有其他分类方式,如可以分成结构材料和功能材料,或者电子材料、信息材料和生物材料等,总的来讲,都可以归属为上述3大类材料。在这3大类材料中,有的是自然界天然存在的,如沙子、石头就是1种天然的无机材料,矿石中含有金属等;也有人工进一步加工的材料,加工的目的是提高材料的纯度、质量和性能…     

芯模填充对铜钛复合管绕弯截面畸变和壁厚减薄作用的模拟研究

为了提高铜钛复合管绕弯成形精度,基于所建有限元模型,研究了刚性芯模参数对复合管截面畸变和壁厚减薄的影响规律,并对比了刚性芯模填充和弹性芯模填充。研究结果表明:(1)随着刚性芯棒伸出量的增大,双金属复合弯管的基、覆管截面畸变率逐渐减小,壁厚减薄率逐渐增大,最佳芯棒伸出量为7mm。(2)较之无芯模填充,采用刚性芯模填充后,截面畸变显著降低,但是壁厚减薄率增大;控制截面畸变时,一定要考虑芯模对复合管壁厚减薄率的影响,并根据实际生产要求和管材尺寸结构灵活选择填充状态。(3)弹性芯模填充时,截面畸变率沿弯曲方向的分布较之刚性芯模均匀;刚性芯模较之弹性芯模可以更好地控制复合管的截面畸变,但最大差距只有1.03%。弹性芯模较之刚性芯模可以更好地控制复合管的壁厚减薄率,最大差距为3.27%。综合考虑截面畸变和壁厚减薄,弹性芯模对双金属复合管的填充效果更好。     

电阻渐变型结构吸波材料的研究与发展

结构吸波材料的发展建立在先进复合材料发展基础之上,融受力与吸波为一体,将新的吸波机制(如电阻片、电路模拟、手征媒质等)引入到结构吸波材料的研制中,可制备全新的结构吸波材料.电阻渐变型结构吸波材料具有优良的电结构可设计性,通过控制材料的类型(电介质或磁)、厚度、损耗系数及阻抗等,能够使雷达吸波材料具有宽频吸收效果,并可根据不同部位选择不同的结构形式,具有广阔的应用前景.     

管材轴向压力内高压胀形数值分析及验证

随着我国航空航天事业的飞速发展,精密钣金件的应用日益广泛,根据不同的设计及应用要求,航空管材类零件也由原来的自由胀形工艺逐步改进为各类可控胀形工艺,大大提高了航空管材件的应用范围。其中,内高压胀形工艺是广泛应用于航空制造领域的金属成形工艺方法之一,成形难度大,影响因素复杂,一直是成形领域的难题。以航空用某卡箍类零件为例,对影响内高压胀形工艺的轴向材料补偿量、内压力、加载路径等因素进行深入研究,通过数值仿真分析,优化工艺参数,提出一套简单易行的管材轴向压力内高压胀形工艺方法,成功应用于该类零件的工程实践中,达到了缩短生产周期、节约生产成本的目的。     

航天飞机用刚性陶瓷瓦防热材料发展概况

本文介绍及评述了全石英纤维防热瓦材料(LI)、具有代表性的FRCI材料、HTP及AETB四个系统的防热材料,并介绍了贴面组合结构的陶瓷防热材料和薄壳结构的防热材料等多组元组合结构防热材料的试验研究动向。     

特种加工技术在某新型微叠层复合材料中的应用

目前航空航天领域采用的微叠层复合材料主要集中在Fe、Ni、Ti和Al的合金或金属间化合物上。这类金属的金属间化合物具有熔点高、密度低、热导率好及抗高温性能好等优点,可被用作航空飞行器或航空发动机的高温结构材料。但是这类金属间化合物具有其本征脆性,导致其室温下的断裂韧性很差,因而应用受到限制。为解决这一问题,采用特种加工技术制备出具备微叠层结构的金属/金属间化合物复合材料是理想的手段之一。