纤维增强树脂基复合材料激光切割热影响探析

作为一类典型难加工材料，实现以碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP）、芳纶纤维增强树脂基复合材料(AFRP）为代表的纤维增强树脂基复合材料(FRP）的高精密、高质量加工是业界的追求目标。初探了激光脉冲宽度、波长对于典型FRP切割边缘热影响区的影响规律，比较了不同FRP材料精密切割对于激光参数需求的异同。发现纳秒激光、连续激光等传统激光因加工热效应明显而不适合精密切割，而皮秒激光、飞秒激光等超快激光可以实现热影响区宽度仅0.01mm~0.1mm量级的高质量切割，且热影响区宽度几乎不依赖于脉冲宽度；缩短超快激光波长有利于减小AFRP材料的热影响区宽度，但对于CFRP材料则不明显。考虑到高功率皮秒激光一般比对应的飞秒激光更经济，可使用倍频后得到的短波长皮秒激光实现对AFRP的精密切割，对于CFRP则考虑本征波长的皮秒激光即可。     

柔性基体TWF复合材料弹性性能研究

利用碳纤维三向编织物（Triaxial Woven Fabric TWF）作为增强材料，与合适的柔性基体材料（例如硅橡胶）复合，制成兼具一定柔性和刚性的碳纤维三向编织物复合材料壳膜结构，作为可折叠展开的卫星天线反射器，是一种新型的高精度可展开天线实现方案。文章对采用硅橡胶的TWF复合材料进行了弹性性能的研究。采用细观方法，通过研究纤维和基体之间的相互作用，确定复合材料宏观力学性质与组份材料特性及细观结构之间的定量联系，对表征编织复合材料结构特性的三维单胞进行了均匀化有限元分析，最终将得到整个复合材料的弹性模量。首先，考虑纤维束交织情况（起伏波动）对单胞进行了精细几何建模，通过混合规则得到纤维束的材料特性；接下来，对单胞进行了有限元的分析，施加周期性边界条件，应用均匀化的方法通过6个独立加载分析得到体积平均应力、应变，从而得到刚度矩阵，最终获得工程常数。目前国内外对于柔性基体TWF复合材料的研究较少，对该材料弹性性能的研究，为今后该材料性能的进一步深入研究打下了坚实基础。     

多模异构冗余软件系统同步技术研究

航天控制领域普遍采用冗余方案进行系统设计,相应软件系统也存在冗余。本文对三冗余软件之间、三冗余软件与不冗余软件之间以及三冗余软件与热备份软件之间实时同步控制策略进行研究,通过分析数据、信号的同步性和一致性,找出造成多模异构冗余软件系统不同步的时机、方式等影响因素,在此基础上给出了消除这些因素的软件设计方法,提出了确保冗余软件系统数据同步和一致的延时等待、交互表决、串行操作以及记忆重发同步控制策略。     

网格对高超声速钝头体表面热流数值模拟结果的影响

高超声速钝头体热流的精确预估，对高超声速飞行器热防护的设计具有重要意义，而网格划分尺度对预估飞行器表面热流精度具有重要的影响。应用理论分析及数值模拟方法，提出了一种基于壁面网格雷诺数及基于钝体特征长度的来流雷诺数网格划分方法，并给出了壁面网格雷诺数的取值范围。应用所提出的网格划分方法，对不同来流条件的高超声速半圆柱及球头表面热流进行了数值模拟，结果表明，应用所提出的网格划分方法，及给出的可供参考的壁面网格雷诺数的取值范围划分网格，在满足高超声速钝体表面热流精度要求的同时，有利于网格合理分布并提高数值计算效率。     

热解气体燃烧对炭化复合材料烧蚀热响应影响规律

在近空间高超声速飞行器飞行时间长、马赫数不断增加的发展趋势下，热防护与轻量化的矛盾越来越突出。基于此，开展了热解气体燃烧对炭化复合材料表面烧蚀影响的相关数值模拟研究，并与风洞试验结果进行了对比。结果表明：热解气体的燃烧可降低炭化复合材料表面的烧蚀厚度，并且随着气动热的增加，热解气体燃烧对材料表面碳的保护作用越来越明显。研究成果可为下一代近空间高超声速飞行器热防护系统的优化设计提供技术支撑。     

数控机床主轴热误差测点优化及建模技术研究

为了减少热误差对数控机床加工精度的影响,首先利用热成像仪初步找出机床温升明显的位置,然后利用灰色理论对16个温度测点的试验数据进行优化处理,找出与热误差关联度较高的测点;将优选出的温度测点数据和实测的Z轴热误差数据进行划分,采用GM (1,n)灰色预测和BP神经网络建立热误差预测模型,并在试验机床上进行验证。试验结果表明:采用灰色GM (1, n)模型预测结果与实际测量平均相对误差为10.17%,采用BP神经网络预测与实测结果平均相对误差为5.19%,优于灰色GM (1,n)预测,能起到提高热误差预测精度的作用。     

热防护材料表面发射率测试研究

提出了一种基于热流反演方法的表面发射率测试方法,并应用该方法对火箭发动机用热防护材料镀铝薄膜表面发射率进行了测量。试验在真空舱中进行,利用石英灯对试片进行加热,建立了由石英灯和试片组成的热交换系统,根据传热理论推导出了包含试片表面发射率的传热方程。依靠热电偶测量试片温度变化,反演得到表面热流,代入传热方程,获得试验用镀铝薄膜表面发射率约为0.12。此外,还采用集总参数法对镀铝薄膜表面发射率进行了计算,两者结果相差小于1.5%。提出的发射率测试方法虽然不能得到光谱发射率,但已经可以满足工程应用,且简单易行。     

高强度耐候钢焊接热影响区的组织与韧性

通过热模拟实验研究在不同的焊接冷却速度下,两种不同强度级别的09Cu PTiRE耐候钢焊接热影响区的组织和韧性变化;结果表明随着焊后冷却速度减慢,两种级别的09Cu PTiRE耐候钢热影响区组织开始粗化,且贝氏体的含量逐渐减少,铁素体的含量逐渐增加,在相同的冷速下360MPa级09Cu PTiRE耐候钢的组织粗化度比490MPa级09Cu PTiRE耐候钢严重;随着冷却速度减慢,两种级别耐候钢热影响区的冲击韧性由高到低的变化,360MPa级09Cu PTiRE耐候钢热影响区由韧窝断裂转变为准解理断裂;490MPa级09Cu PTiRE耐候钢由韧窝断裂转变为准解理和解理断裂方式。当焊接冷速t8/5≥18s,490MPa级09Cu PTiRE耐候钢热影响区韧性较低,影响因素为热影响区组织的粗化、硫化物夹杂及夹杂物形状不规则等。