SPS温度对铜/镍粉/304不锈钢接头组织与剪切强度的影响

采用脉冲放电等离子烧结(SPS)制备了添加镍粉中间层的铜/304不锈钢接头,研究了焊接温度对接头组织及力学性能的影响。结果表明,以镍粉为中间层,可以实现铜与304不锈钢的扩散焊接。铜/镍界面处铜、镍互扩散形成铜/镍界面扩散层,镍/304不锈钢界面处镍、铁互扩散形成镍/铁界面扩散层,铜/镍扩散层厚度大于镍/铁扩散层厚度。在焊接压力为10 MPa、焊接温度为900℃时,铜/304不锈钢接头剪切强度最佳,为98 MPa。铜/304不锈钢接头断口形貌呈韧窝状,断裂均在镍中间层处,接头连接强度受制于镍中间层本身的强度。     

高温氧化对EB-PVD热障涂层内部应力场分布影响的数值模拟

针对电子束物理气相沉积(EB-PVD)热障涂层(TBCs)复杂结构的特点,选用Walker黏塑性本构模型实现对其高温力学行为的准确描述.选择具有叶片曲率特征的圆管试样,并借鉴实际发动机载荷特征进行数值分析.重点考虑EB-PVD热障涂层界面的形状以及热生长氧化层(TGO)厚度变化对应力场的影响.计算结果表明,直线型界面对EB-PVD热障涂层结构的应力场改变不大,而余弦界面对EB-PVD热障涂层的应力场改变的幅度可达2倍之多;热生长氧化层的出现导致陶瓷层界面处的应力绝对值增加;无论是循环至最高温度1 050℃还是冷却到100℃时,界面波谷始终受径向压应力,此处不易形成损伤,而波峰处的应力比较大,且其应力状态是损伤容易形成的部位,可以认为是陶瓷层失效与破坏的危险点.     

基于原位拉伸的推进剂/衬层界面力学性能研究

为了解释某种HTPB复合固体推进剂/衬层粘接试件载荷-位移曲线的"双峰"特征,设计了一种基于推进剂/衬层微型试件的原位拉伸试验方法,根据界面细观破坏形态与载荷变化过程,提出了界面处颗粒脱湿及基体断裂过程分别对应两个载荷峰的假设。采用改进的并联Maxwell元件模型对界面断裂行为进行了模拟计算,重现了断裂过程的载荷-位移曲线的"双峰"特征,验证了假设的合理性。通过模拟计算实测曲线,给出了推进剂基体与颗粒之间的近似粘接强度等参数,为推进剂/衬层粘接系统细观材料参数计算方法提供了一种参考。     

TC4 钛合金扩散焊接头剪切疲劳性能研究

为了研究钛合金扩散焊接头在航空航天领域焊接性能的稳定性，制备了双搭接形式的接头试样，在温度为 910 ℃、压力为 3.4 MPa 条件下对 TC4 钛合金板材进行扩散连接，并对双搭接接头试样开展静强度试验，获得试样在焊缝界面处的平均剪切强度约为 199.4 MPa，试样断裂前后接头没有发生明显的塑性变形。此外，对双搭接接头试样还开展了不同载荷水平下的疲劳性能试验。结果表明：疲劳试样存在3种不同破坏模式。在高载荷水平下，试样会在切应力主导下发生基板与搭接板的完全脱焊；在低载荷水平下，试样会在正应力主导下发生基板沿厚度方向的断裂；在中等载荷水平下，试样先发生局部脱焊随后沿基板厚度方向断裂。 在上述失效模式分析的基础上，结合疲劳寿命试验数据分别得到接头的正应力 - 寿命和切应力 - 寿命曲线。     

热载荷下热障涂层表-界面裂纹间的相互影响

针对高温热载荷条件下APS制热障涂层裂纹失效问题,基于涂层系统热弹、热弹塑性本构关系,考虑陶瓷层/氧化层/粘结层界面凹凸形貌,依据表、界面裂纹位置、性质不同,分别运用断裂力学和损伤力学理论建立裂纹演化模型,结合围线积分和内聚力单元法,分析了热载荷下表、界面裂纹断裂参量及开裂状态,研究了陶瓷层表面裂纹与粘结层/氧化层界面裂纹间的相互影响,揭示了热、力、化多场耦合下的裂纹失效机理。结果表明,表面裂纹大幅改变界面微区域的应力分布状态,靠近界面时能使界面裂纹扩展程度整体增加20%,且相邻凸峰处开裂非均匀性可达81%,表面裂纹断裂参量主要受多层结构热失配及缺陷主导,界面裂纹对其影响相对较小,分析结果与试验结果一致。      

等离子热障涂层失效机理的数值分析研究

针对带等离子喷涂热障陶瓷涂层的圆筒金属基体结构在典型热循环载荷作用条件下的力学响应进行了数值计算,基于陶瓷层中的应力结果对陶瓷层剥落失效机理展开了分析.计算时对陶瓷层材料分别按理想线弹性本构和黏塑性本构模型开展了模拟.分析发现,陶瓷层的界面(横向)开裂存在两种模式:在降温过程中,陶瓷层容易出现界面波峰处的Ⅰ型开裂与腰部位置处的Ⅱ型开裂;在升温过程中,陶瓷层容易发生垂直开裂使结构中出现陶瓷层/基体的界面端,界面端部严重的应力集中效应使陶瓷层容易在该处横向开裂形成界面处的边裂纹.      

玻璃钢用增强纤维布方向角与克重设计

纤维布是玻璃钢(玻璃纤维增强塑料)增强体的主要结构形式。在纤维和基体性能及纤维体积含量固定之后,玻璃钢产品的机械性能完全取决于纤维布的结构特性,即纤维方向角和相应克重。通过试验确定这些参数难度高,不仅花费巨大,而且难以达到最优。介绍了如何根据纤维和基体性能参数,对任意多轴纤维布的方向角与克重进行设计。经典层合板理论确定每一层玻璃钢分担的载荷后,桥联模型计算出纤维和基体的均值应力,再将这些均值量转换成真实值,进而与纤维和基体的强度对比,判定单层是否破坏。若破坏源自纤维或源自基体但整体应变中的最大值超过临界值,对应的外载定义为纤维布浸胶后所能承受的极限载荷。设计公式皆为显式,设计结果与试验吻合良好,为工程应用提供了一条有效途径。     

卡箍对飞机液压管道动态应力的影响分析

以某型飞机液压管道为研究对象,使用六面体实体单元对管道进行有限元建模,并结合真实的发动机舱载荷曲线、飞机导管极限工作压力脉冲和管道压力脉动,计算了管道的动力响应;研究了卡箍对管道动态应力的影响,并与国军标《GJB 3054-97飞机液压管路系统设计、安装要求》提出的施加卡箍的原则进行了对比,结果达到了较好的一致性;在国军标的基础之上,提出了管道中的弯管卡箍配置原则。所得研究结果为管道振动抑制技术中卡箍优化配置提供了依据。     

率相关HTPB推进剂/衬层界面Ⅱ型内聚力模型

采用实验与反演相结合的方法构建了端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂/衬层界面的率相关的内聚力模型.采用改进的单搭接试件完成了HTPB推进剂/衬层界面的断裂实验研究,采用内聚力单元方法对单搭接试件进行了数值研究,结合基于Hook-Jeeves优化算法的反演识别程序,获取了不同加载率下的界面断裂参数.由于界面断裂参数具有明显的率相关性,通过构建率相关的损伤函数,构建了基于双线性内聚力模型的率相关HTPB推进剂/衬层界面Ⅱ型内聚力模型.模型预测结果和实验结果的对比相关系数大于99%,说明本文所建立的 率相关内聚力模型具有较高的准确性,能够准确描述加载率为5~200mm/min时推进剂/衬层界面的断裂性质.      

翼身融合飞机非圆柱形机身结构的分析、设计和优化

文章介绍了寻找方案性翼身融合体飞机非圆柱形机身高效结构的研究工作。论证了使用简化的二维梁柱分析和优化方法对这种飞机中保持客舱压力的问题。然后分析和优化了一组详细的厚夹层板加肋壳结构方案的有限元模型。一般来说这些结构具有高的抗弯曲刚度，而没有曲度，在某种程度上同时承受内部压力及合成压缩载荷是很有效的结构。为了获得额外的结构效率，构造了一系列多舱室机身结构，通过内部加强壳结构和舱间墙结构中的薄膜应力，有效平衡了客舱的内部压力载荷。设计了一种外部加肋壳式结构承受由于外部压力载荷造成的压弯作用。对于有代表性的机身段进行有限元分析的初步结果来看，使用这种应力分离理论是成功的。这一方案还有一些另外的好处，它使客舱压力造成的气动表面的变形最小。主机身上下部分的管道空间可以直接用来通风。这种结构既可以作为防止压力泄漏事件的结构余度又可以提高防撞性能。应当进一步发展这些方案以利用固有的结构效率。     

塑性工作内衬复合材料气瓶结构设计研究

为提高航天复合材料压力容器(COPV)性能因子,COPV壳体常采用超薄壁塑性工作金属内衬和高强碳纤维缠绕的双层壳体结构.通过对传统的网格理论进行优化,提出了塑性工作内衬COPV结构静力学计算的算法,联立求解各内压载荷阶段的静力学平衡方程和应变协调方程,对COPV纤维与内衬应力应变进行计算和分析.利用ANSYS有限元软件...     

A new approach on necking constitutive relationships of ductile materials at elevated temperatures

A new method is presented to determine the full-range, uniaxial constitutive relationship of materials by tensile tests on funnel specimens with small curvature radius and finite element anal-ysis (FEA). An iteration method using FEA APDL (ANSYS parametric design language) program-ming has been developed to approach the necking constitutive relationship of materials. Test results from SAE 304 stainless steel at room temperature show that simulated load vs displacement curve, diameter at funnel root vs displacement curve, and funnel deformation contours are close to mod-eled results. Due to this new method, full-range constitutive relationships and true stress and effec-tive true strain at failure are found for 316L stainless steel, TA17 titanium alloy and A508-III stainless steel at room temperature, and 316L stainless steel at various elevated temperatures.     

航空用不锈钢焊接导管的损伤容限研究

基于断裂力学方法开展了1Cr18Ni9Ti导管TIG焊对接结构的损伤容限分析,在测试其母材和TIG焊接头拉伸性能、断裂韧度和疲劳裂纹扩展速率的基础上,分析其失效模式,确定损伤容限ac。研究结果表明:1Cr18Ni9Ti导管TIG焊对接结构在工况振动载荷下,损伤容限ac为0.9mm,导管失效形式为泄露。     

不锈钢丝增强铝复合材料研究

本文采用560(?)、70MPa0.5小时真空热压工艺制得了外观晶质优良、纤维排列均匀、厚约1毫米的不锈钢丝/铝复合材料板,并对其机械性能、拉伸应力一应变特性以及拉伸断口形貌进了分析,认为不锈钢丝增强铝复合材料具有广阔的应用前景。     

泡沫钢的制备及三点弯曲性能

为了制备孔隙率较高、孔结构均匀、性能优良的泡沫钢板及夹芯复合板,以316L不锈钢粉为原料,Ca Cl2为造孔剂,采用粉末冶金烧结-溶解法制备不同孔隙率、孔径的泡沫钢,并用物理粘接法制备泡沫钢夹芯复合板。通过对泡沫钢板和夹芯复合板进行三点弯曲实验研究两者的抗弯曲性能。观察泡沫钢板的三点弯曲变形过程,分析孔隙率和孔径对泡沫钢板和夹芯复合板抗弯曲性能的影响,对比两者的极限抗弯载荷变化。结果表明:泡沫钢板的变形首先从薄壁不规则的孔壁开始,形成裂纹并进行扩展,最终导致宏观断裂;对于泡沫钢夹芯复合板,当孔隙率从69.4%增加至82.5%时,其所能承受的极限载荷从2345 N下降至1254 N,在相同孔隙率下,相比于泡沫钢板,夹芯板承受的极限弯曲载荷提升了15%~43%;当孔径从1.9 mm增加至3.9 mm,孔隙率约为73%时,其所能承受的极限弯曲载荷从2070 N下降至1528 N,与泡沫钢板相比,相同孔径下,夹芯板承受的极限弯曲载荷提升了15%~28%;在孔隙率和孔径相同条件下,泡沫钢夹芯复合板的抗弯承载能力比泡沫钢板提高15%以上。     

Preliminary experiment on spontaneous ignition performances of cavity-based strut flameholder

The thermal-structural response and low cycle fatigue life of a three-dimensional (3D) channel wall nozzle with regenerative cooling were numerically investigated by coupling the finite volume fluid-thermal method, nonlinear finite element thermal-structural analysis and local strain methods. The nozzle had a high area ratio (nozzle exit area divided by throat area) under cyclic working loads. Parametric studies were carried out to evaluate the effects of channel structural parameters such as channel width, channel height, liner thickness and rib width. Results showed that the integrated effects of three-dimensional channel structure and load distribution caused serious strain, which mainly occurred at the intersectant regions of liner wall on the gas side and the symmetric planes of channel and rib. The cooling effect and channel structural strength were significantly improved as the channel width and height decreased, leading to substantial extension of the nozzle service life. On the other hand, the successive decrease in liner thickness and rib width apparently increased the strain amplitude and residual strain of channel wall nozzle during cyclic work, significantly shortening the service life. The present work is of value for design of the channel wall nozzle to prolong its cyclic service life.      

棘轮和蠕变条件下材料的附加塑性变形行为研究

针对316L不锈钢进行大量单轴棘轮和蠕变试验研究,对材料在棘轮和蠕变作用下的塑性变形行为以及变形量进行比较和分析.分析发现,材料棘轮和蠕变变形行为之间存在一些相似规律,而且相同试验时间下蠕变变形高于棘轮变形.在持续应力作用下,材料的附加塑性变形与作用应力间体现出上凸的抛物线规律,附加塑性变形先随应力的增长而升高,达到峰值后又逐渐减小.最后,根据这种上凸的抛物线规律提出相应的本构描述方程.     

转子连接结构力学特性稳健设计

针对航空发动机转子结构具有质量/刚度分布不均匀、界面连接和承受大弯曲载荷等结构力学特性,分析了转子连接结构力学特性与界面接触状态之间的关联性,提出适用于工程设计的连接界面滑移和摩擦-疲劳损伤程度的界面接触状态、应变能和摩擦功等定量评估参数。建立了基于连接界面变形协调和转子应变能分布控制的转子连接结构力学特性稳健设计方法。结果表明:通过对转子结构几何特征参数进行优化,提高了连接界面在离心载荷作用下的变形协调性,改善了在工作载荷下转子弯曲应变能分布,可以减少连接界面摩擦-疲劳损伤,从而降低连接结构力学特性对载荷环境的敏感度,保证转子结构力学特性稳健。以高速转子系统中连接结构为例,通过仿真计算验证了带有界面连接的转子连接结构力学特性稳健设计的有效性。     

无预固化衬层成型工艺对界面粘接强度的影响

采用钢/ 三元乙丙绝热层/ 衬层( K/ J/ B) 粘接试件和钢/ 三元乙丙绝热层/ 衬层/ 推进剂( K/ J/ B/ Y)矩形试件,对三元乙丙(EPDM)绝热层、无预固化衬层界面粘接强度进行测试,研究了EPDM 绝热层表面处 理工艺、衬层成型厚度以及衬层成型后装药间隔时间对界面粘接性能的影响。结果表明:无预固化衬层与表面 未处理的EPDM 绝热层粘接强度约1. 0 MPa,而EPDM 绝热层表面处理后,无预固化衬层与绝热层和推进剂界 面的粘接良好。无预固化衬层成型厚度为0. 3 ~0. 5 mm,界面粘接强度基本不变;衬层成型厚度增大到0. 7 mm,则界面粘接强度逐步增加。K/ J/ B/ Y 断裂面均在推进剂间,界面良好无异常;装药间隔时间从4 h 延长至 24 h,对K/ J/ B/ Y 粘接强度影响较小,无预固化衬层完全可以按照现行装药工艺进行装药。