整体复合材料结构分层特性研究进展（一）

整体复合材料件越来越多地被用作现代航空航天器的主承力结构,而分层是其最易出现的破坏形式。本文作为整体复合材料结构分层特性研究综述的第一部分,重点介绍界面断裂力学和应力分析方法。论文首先对复合材料失效和分层研究进行了简要的回顾,然后详细介绍了界面断裂力学发展的历史、基本公式和在复合材料分层研究中的应用,并且介绍了几种界面裂纹尖端场的求解方法——J积分、修正的裂纹闭合积分（Modified Crack Closure Integral）和M积分法。其次,对应力分析在复合材料分层研究中的应用进行了简要的回顾。     

基于舰船摇摆载荷的推进剂粘接界面疲劳损伤模型

以某固体火箭发动机为例,建立了舰船摇摆载荷作用下发动机药柱粘接界面的疲劳损伤模型。通过推进剂粘接界面定应力往复剪切试验获得了界面的疲劳损伤S-N曲线;选取残余应变为损伤变量,并根据试验数据建立了推进剂粘接界面的疲劳损伤演化模型。试验及研究结果表明,推进剂粘接界面应力幅值和疲劳破坏次数的自然对数满足方程Y=0.748exp(-X/5.663)-0.0261。推进剂粘接界面在舰船摇摆载荷作用下的疲劳损伤量与循环加载比满足方程D=0.1517(1-exp(-β/0.0386))+0.8483(1-(1-β)1.1)。     

航空锥齿轮减振阻尼环设计与分析

针对航空锥齿轮减振阻尼环设计,基于理论分析,结合数值仿真,探索了阻尼环设计方法.通过对阻尼环组合结构的简化模型推导了等效阻尼计算公式,得出了用于阻尼环初始结构设计的定性结论;通过有限元仿真分析,计算了附加阻尼后的组合结构的瞬态响应,并与未加阻尼的初始结构设计进行了对比,证明了附加阻尼对减小轮体振动的有效性.分析结果表明:阻尼环设计存在1个最佳接触压力,使阻尼环等效黏性阻尼系数最大,减振效果最优,可通过调整安装过盈量来获得合适的接触压力.形成的分析方法为阻尼环的结构设计提供了技术支撑.     

BNi-2非晶钎料钎焊高铌TiAl合金与GH3536合金接头组织与性能

采用非晶态BNi-2钎料成功实现了高铌TiAl合金与GH3536合金的连接,获得良好的钎焊接头。钎焊接头的典型界面组织为TAN/B2+τ3/τ4+（Ni-Ti）-B/γ+（Ni-Ti）-B+CrB+G相/GH3536。通过分析钎焊温度对接头界面微观组织的影响,表明BNi-2钎料中B元素的扩散以及GH3536合金向液态钎料中的溶解对界面组织结构演变起着至关重要的作用。而随着钎焊温度的升高,扩散IV区逐渐消失,接头由4个区域变为3个区域,τ3/τ4化合物层及钎缝区域均逐渐增厚,黑色CrB相发生粗化,细小点状（Ni,Ti）-B含量减少。1 160℃保温10 min时,所获得的钎焊接头最大室温及高温（700℃）抗剪强度分别为~106.8 MPa和~76.2 MPa,其剪切强度降低约28.6%,接头均呈现脆性断裂模式。接头形成过程可以划分为固相扩散、液相生成、等温扩散凝固和残余液相析出4个阶段。     

毛细相变流体回路冷凝界面的稳定性

依据毛细管内冷凝液柱的卢卡斯-沃什伯恩(Lucas-Washburn)方程,获得了相变毛细管中流体上升高度与毛细管半径以及热流密度的关系式,并将此关系式推广到毛细相变流体回路中,利用小扰动理论通过对界面高度的变化来分析研究冷凝界面的稳定性。文章通过研究三种不同运行状态下的界面动力学行为发现,在实际运行过程中,蒸汽管路的压力波动将使冷凝界面形成具有一定振幅的波动。     

再生型壳与ZTC4熔体的界面稳定性

从研究再生型壳中几种典型金属离子对铸件表面的污染影响规律入手,通过在型壳材料中添加Al、Nb和Mn等金属元素实际浇铸ZTC4合金（Ti-6Al-4V）,探讨不同残留金属在铸造过程中对铸件表面质量、陶瓷/钛合金界面成分、组织形貌及显微硬度等的影响,揭示废弃型壳材料中铸造残留金属对钛合金新铸坯陶瓷/合金界面稳定性的影响规律。结果表明:含Al、Nb和Mn等金属残留的型壳浇铸ZTC4合金,铸件表面外观平整无明显铸造缺陷;相比无金属残留型壳,含残留金属型壳的铸件表面粗糙度明显增加;Al金属残留对型壳与熔融钛合金界面稳定性的影响较小,而Nb和Mn金属残留能明显降低型壳与熔融钛合金的界面稳定性,铸件表面粗糙度可以在一定程度上反映界面稳定性;当型壳中含有Al金属残留时,陶瓷/合金界面处析出Ti₅Si₃相。      

Ni—Cr合金与金刚石和钢基体界面微区的分析研究

利用扫描电镜X射能谱，结合金相及试验样逐层的X射线结构分析，剖析了Ni-Cr合金与金刚石和钢基体钎焊界面的微区组织结构，揭示了Ni-Cr合金对金刚石和钢基休面的浸润和钎焊机理。即在钎焊过程中，Ni-Cr合金中的Cr元素分离出在金刚石界面形成富Cr层并与金刚石表面的C元素反应生成Cr7C3，在钢基体结合界面上Ni-Cr合金和钢基体中的元素相互扩散形成冶金结合，这时实现合金层与金刚石和钢基体都有较高结合强度的主要因素。     

预处理SiC颗粒在ZA-27合金中的分散润湿过程和界面反应模型

用扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）并应用搅熔铸造工艺研究了预处理过的SiC颗粒在加镁ZA－27合金中的卷入，分散和润湿过程，在低温搅拌（470℃）时，预处理过的SiC颗粒首先呈较大尺寸团聚体被卷入ZA－27合金半固态浆料中，随后在搅拌剪切力的作用下SiC团聚体逐渐变小，且由于发生了存在于SiC表面的SiO2与由于加Mg而降低表面能的合金液间的润湿，并在旋涡能的促进下，SiC能呈单粒状分散在熔体中，在高温（550℃）搅拌时，由于SiO2与合金液中的活性原子Mg 和Al等发生界面反应，促进了SiO2与合金液间的进一步润湿，随后SiC能与合金液发生非反应润湿的主要原因是界面反应提供了无气洁净的SiC表面，结合电镜观察和热力学计算及动力学分析，确认界面反应产物是尖晶石，探讨了搅拌时界面反应的过程并建立了反应润湿的模型，得出SiC表面的残余SiO百X与反应时间t成线性关系，即X＝L－DKVmt。     

纤维失效对陶瓷基复合材料准静态加卸载迟滞回线的影响(英文)

采用双参数威布尔模型描述纤维强度分布,结合总体载荷承担准则确定基体裂纹平面处断裂纤维和完好纤维承担载荷。基于卸载/重新加载时纤维相对基体滑移损伤机理,确定了纤维轴向应力分布。采用断裂力学方法确定了界面脱粘长度、卸载界面反向滑移长度和重新加载新界面滑移长度,对比了不同峰值应力下考虑和未考虑纤维失效影响的迟滞回线,分析了纤维特征强度和纤维威布尔模量对纤维失效、迟滞回线形状和面积的影响,预测的迟滞回线与试验数据相吻合。     

对称削层复合材料结构的有限元分析

通过对复合材料削层结构的有限元计算分析，得到整个结构特别是过渡段附近的真实应变和应力分布。通过分析发现削层结构的应变和应力分布呈现出不均匀现象，尤其在上下界面附近和覆盖层内，出现应力集中现象，这些危险点的存在，严重影响整个结构的性能。此外，还研究了过渡段长短对结构应力分布的影响。