航空材料数据的管理与应用

飞机及发动机对航空材料提出挑战性的要求,设计师要在避免风险的同时充分利用合金、复合材料以及陶瓷等具有的特性.在这当中,对材料性能数据的采集、管理以及应用至为关键.     

材料特性对热障涂层合理压入深度的影响

基于有限元计算方法和量纲分析原理提出了热障涂层合理压入深度的确定方法,并研究了涂层及基体材料特性对合理压入深度的影响.首先,根据量纲分析原理提出了合理压入深度的无量纲表达式;其次基于锥形压头识别理想弹塑性材料的材料特性的方法,提出合理压入深度的确定方法;最后研究了各无量纲因素对合理压入深度的影响.研究发现基体的弹性模量对合理压入深度的影响最大,粘结层材料特性的影响较大,热氧化生成层的材料特性及基体的屈服极限对合理压入深度的影响不大.     

第二代定向高温合金DZ6热处理研究

为了获得平衡的横纵向性能,二代定向合金Dz6的热处理工艺包括预处理、固溶和三级时效.1120℃的高温时效处理提高了DZ6合金的纵、横向持久寿命;同时,1120℃时效后的缓冷处理,使横向870℃/448MPa持久寿命由未经缓冷处理的36h增加至244h,延伸率由0.6%提高至4.5%;中温870℃/16h时效处理使合金纵向760℃/780MPa持久寿命比900℃/4h时效处理时提高一倍.热处理后γ'呈规则立方状,合金的晶界由γ'和析出的块状MC组成.以高温时效结合缓冷处理为特点的热处理制度,不但使DZ6合金的纵向持久寿命比铸态时提高一倍,而且还获得了良好的横向性能.     

陶瓷基复合材料高精度宏细观统一本构模型研究

基于高精度通用单胞模型(HFGMC)建立了陶瓷基复合材料(CMCs)的宏细观统一本构模型.首先基于CMCs的细观结构和损伤特点建立代表体元(RVE)并定义细观损伤变量.然后采用HFGMC模型计算细观损伤变量的演化,由此获得宏观应力应变曲线,从而建立了CMCs的宏细观统一本构模型.采用该本构模型预测了CMCs的宏观应力应变曲线,与实验结果吻合良好.结果表明该本构模型能够模拟CMCs的拉伸与损伤行文,为CMCs强度分析提供了有效手段.      

飞机日历寿命试验的介质成分确定和加速方法

 针对飞机使用环境,研究了飞机日历寿命试验中的腐蚀介质成分确定方法和加速方法。进行了5 ℃,25 ℃,50 ℃这3种温度和4种介质浓度下的30CrMnSiA结构钢和LY12CZ铝合金两种金属的纯腐蚀和腐蚀疲劳试验研究。得到的试验曲线表明,它们的腐蚀动力学规律都近似遵循线性关系,每条曲线的腐蚀速度也基本保持不变。从而认为,飞机日历寿命试验介质成分最好选用飞机所在机场使用环境的各腐蚀介质成分,加速腐蚀试验的最好方法,就是在此机场的各介质成分上加权,加权越高,加速越快。这个结论得到了试验验证。     

基于静强度分布的复合材料疲劳寿命分布的预测模型(英文)

The reasons of the static strength dispersion and the fatigue life dispersion of composite laminates are analyzed in this article. It is concluded that the inner original defects, which derived from the manufacturing process of composite laminates, are the common and major reason of causing the random distributions of the static strength and the fatigue life. And there is a correlative relation between the two distributions. With the study of statistical relationship between the fatigue loading and the fatigue life in the uniform confidence level and the same survival rate S-N curves of material, the relationship between the static strength distribution and the fatigue life distribution through a material S-N curve model has been obtained. And then the model which is used to describe the distributions of fatigue life of composites, based on their distributions of static strength, is set up. This model reasonably reflects the effects of the inner original defects on the static strength dispersion and on the fatigue life dispersion of composite laminates. The experimental data of three kinds of composite laminates are employed to verify this model, and the results show that this model can predict the random distributions of fatigue life for composites under any fatigue loads fairly well.     

考虑应力比及温度影响的粉末高温合金短裂纹扩展模型研究

短裂纹扩展已成为先进粉末涡轮盘疲劳寿命预测的关键，为了准确模拟粉末高温合金材料短裂纹扩展阶段，针对FGH96粉末高温合金，重点关注应力比、温度对短裂纹扩展的影响规律，建立了一种工程适用的、基于Tanaka模型修正的短裂纹扩展寿命预测方法。模型采用裂纹闭合参数表征应力比影响、采用热力学理论表征温度影响，实现了不同应力比、温度条件下短裂纹扩展规律的统一描述，相比于传统模型在预测精度、工程适用性方面具有显著优势，与试验结果的相对误差小于20%。     

温度对磁屏蔽霍尔推力器磁场构型的影响研究

霍尔推力器磁路设计主要通过常温静态磁场仿真得到，并实测推力器非工作状态常温磁场进行复核。大功率霍尔推力器将面临更为严峻的热问题，推力器工作时磁路系统受高温影响，因此在常温下仿真得到的磁场位形会因温度升高而产生偏移，不能反映推力器真实工作时的磁场情况。为研究霍尔推力器工作时热量对磁路系统的影响，通过热磁耦合仿真对10kW磁屏蔽霍尔推力器的热态磁场分布进行研究，并对热态、常温仿真结果进行了对比，发现在阳极附近的径向磁感应强度Br的差异比放电室出口更大。常温设计的磁屏蔽构型在热态时偏离磁屏蔽，磁场和壁面最大不符合度达到13%，通过陶瓷出口型面修正后重新获得磁屏蔽效果，使最大不符合度降低到4.8%以下。合理热设计有助于降低热载荷，热仿真得到磁路系统最高温度低于500℃，低于0.78倍的居里温度Tc磁性急剧转变点，不会出现磁性能急剧下降，但热量对磁屏蔽霍尔推力器磁场构型的影响是应该考虑的。     

硅橡胶基防热涂层动态烧蚀行为及机理研究

针对两种典型硅橡胶基防热涂层开展高温燃气流烧蚀实验，通过对烧蚀后涂层的宏观及微观形貌分析，探讨了其防隔热机理及烧蚀模型。研究结果表明：烧蚀后两种涂层均存在液态层、陶瓷层、热解层以及原始层；烧蚀过程中甲基苯基硅橡胶涂层主要发生主链“回咬”成环反应，导致树脂基体交联密度降低，力学性能下降，涂层外表面发生开裂，甲基乙烯基硅橡胶涂层则主要发生侧基交联反应，使树脂基体交联密度上升，促进涂层发生陶瓷化转变；热辐射、热容吸热、热解反应吸热以及热阻塞效应为四种主要的热耗散机制，质量损失产生的原因主要包括反应气体释放以及气动剪切力导致的机械剥蚀。