适合航空航天用SiCp/Al复合材料的性能

采用粉末冶金法制备了Φ300 mm的15%(体积分数)SiCp/A l复合材料坯锭,研究了热挤压、锻造后的材料力学性能以及断裂特点。结果表明,该材料的弹性模量在97 GPa、拉伸强度保持在550 MPa的水平下,延伸率仍高达7%左右,旋转弯曲疲劳强度在250~290 MPa范围内,断裂韧性为25 MPa.m1/2,冲击韧性为62.5 kJ/m2。与棒材挤压态相比,T4态复合材料拉伸强度和屈服强度分别提高66.7%和100%,但塑性保持在同一水平。断口观察表明,挤压态复合材料以基体韧性断裂为主要形式,而T4态复合材料除了基体韧性断裂外,还存在SiC颗粒断裂现象。挤压棒材锻造后有利于提高材料的横向强度。     

基于等效损伤线实验建立的疲劳寿命分析方法

 通过固定一组循环数进行不同应力水平加载试验,用韧性耗散法测得三种材料等效损伤线族,它显示了损伤场全貌。分析得到的损伤线族方程与实验数据拟合很好,由该损伤线族方程导出了复杂加载下损伤累积模型及疲劳寿命计算方法。用该损伤线模型对 3种材料的二级加载试验进行的寿命预测与实验结果较为一致。在等效损伤假设前提下,本文的等效损伤线模型更为直接可信。     

航天飞行器的两大数学问题

本文考虑火箭燃烧室燃烧不稳定性,固体推进剂不稳定燃烧,液体火箭贮箱推进剂晃动引起火箭系统不稳定性以及航天飞行不稳定性等问题的偏微分方程组定解问题。并指明航天飞行器的断裂问题是断裂力学的时代问题之一,研究它的数学方法如奇异积分方程法,J积分方法,研究复合材料的线性断裂力学原理以及处理边缘断裂问题的边界单元法都是值得探讨的。     

烧结温度对高韧性Al2O3陶瓷断裂韧性的影响

针对一种通过球磨方法向初始原料氢氧化铝中添加晶种、采用热压方式烧结获得的高韧性Al₂O₃陶瓷材料,采用三点弯曲试件测定了不同烧结温度下的成组断裂韧度值,研究了烧结温度对该材料断裂韧性的影响规律,得出了断裂韧度随烧结温度增加有先升后降趋势,因而存在最佳烧结温度的结论.同时,通过不同烧结温度下瓷体表面显微结构的观察,分析了上述影响规律产生的机理.     

纤维增强复合材料层合板分层扩展行为研究进展

纤维增强复合材料层合板在航空航天等领域被广泛应用,分层损伤是层合板主要的损伤形式,一直是复合材料力学研究的焦点问题之一。本文从试验研究、理论分析和数值模拟3个方面对国内外在纤维增强复合材料分层问题所取得的研究成果进行了系统综述,重点介绍了单向复合材料I型、Ⅱ型和I/Ⅱ复合型层间断裂韧性测试方法和原理以及多向层合板分层扩展行为的试验研究。得到了表征和评价分层失效机理和扩展行为的纤维桥接模型、静力分层扩展准则和疲劳分层模型,并详细阐述了采用内聚力模型（CZM）、虚拟裂纹闭合技术（VCCT）和扩展有限元方法（XFEM）等先进数值方法模拟分层扩展的研究现状。最后,对复合材料层合板分层扩展研究的发展方向进行了展望。     

Experimental study of effect of post processing on fracture toughness and fatigue crack growth performance of selective laser melting Ti-6Al-4V

For Ti-6Al-4V, a titanium alloy increasingly used in aerospace structure, selective laser melting (SLM) is an attractive additive manufacturing technology, which is attributed to its complex construction capability with high accuracy and good surface quality. In order to obtain qualified mechanical properties, SLM parameters and post processing should be tailored for diverse service conditions. Fracture toughness and fatigue crack growth (FCG) behavior are critical characteristics for damage tolerance evaluation of such metallic structures, and they are affected by post processing technologies significantly. The objective of this study is to obtain the fracture toughness and fatigue crack growth behavior of Ti-6Al-4V manufactured by SLM, and to evaluate the influence of post-SLM thermomechanical treatment and surface machining. Fracture toughness and FCG tests were performed for SLM Ti-6Al-4V in three types of post processing status: as-built, heat treated and hot isostatically pressed (HIPed), respectively. Specimens with as-built and machined surface were tested. The microstructure and fractography were analyzed as well in order to investigate the relevance among manufacture process, microstructure and mechanical properties. The results demonstrate that as-built SLM Ti-6Al-4V presents poor ductility and FCG behavior due to martensitic microstructure and residual stresses. Both heat treatment and hot isostatic pressing improve the plane-stress fracture toughness and FCG performance considerably, while surface machining shows slight effect.     

航空发动机高速锥齿轮瞬态动力学分析与试验研究

针对航空发动机中央传动锥齿轮由行波共振引起的掉块故障,采用瞬态接触动力学分析方法与试验验证相结合的手段,对行波共振发生时从动锥齿轮的共振特性和应力分布开展研究。基于声测法开展了航空发动机中央传动锥齿轮行波共振试验,研究中央传动锥齿轮行波共振特性,获取了从动锥齿轮行波共振动频、危险转速以及破坏断裂特征。仿真计算结果与试验结果对比分析表明:试验中出现三节径共振皆是前行波共振,四节径共振是后行波共振;三节径共振危险转速范围为74.2%～76.2%,四节径共振危险转速范围为102.8%～104.2%。数值仿真与试验测试中结构静频值具有一致性,三节径误差小于2%,四节径误差小于5%,验证了仿真计算模型的准确性。仿真计算四节径行波共振时从动锥齿轮齿根处和辐板应力集中,应力分布形式与齿轮故障复现试验断裂形式基本一致,辐板正面应力值大小与试验结果基本吻合,误差在0.5%～9.5%,满足工程级应力预测要求,验证了瞬态接触动力学分析方法对齿轮行波共振应力预测的有效性。试验表明该齿轮结构是否存在初始缺陷是发生齿轮断裂故障的重要因素之一。     

使役条件下SiC_p/Al复合材料的建模拟实

基于有限元方法,通过Python语言开发了SiC_p/Al复合材料的参数化建模程序,利用ABAQUS图形用户界面(GUI)完成了建模过程的可视化,搭建了颗粒的大小、形状、体积含量和分布可控的快速建模拟实平台。利用此平台建立了SiC_p/Al复合材料基于微细观的代表性体积单元(RVE)有限元模型,并先后引入了颗粒的弹脆性断裂行为、基体的弹塑性断裂损伤行为和界面的拉伸-开裂行为,实现了SiC_p/Al复合材料的变形和断裂的全过程模拟。为研究使役条件下SiC_p/Al复合材料的构效关系,建立了颗粒体积含量为7%和14%的复合材料有限元模型,首先研究了拉伸过程中颗粒体积含量对复合材料变形和损伤行为的影响;然后将体积含量为7%的复合材料模拟压缩过程与拉伸过程进行对比,分析了在不同载荷条件下复合材料的变形和损伤机理。实践证明,所建立的SiC_p/Al复合材料参数化建模平台可用于颗粒增强金属基复合材料基于微细观的有限元建模,对复合材料强韧化机理分析和构效关系研究具有重要的价值。     

机场跑道改性沥青混凝土抗冲击性能

为研究中高应变率下NRP和掺高粘剂的SBS两种改性剂对AC-13型沥青混凝土动力性能的影响,采用直径74 mm SHPB装置进行了4个气压下的冲击压缩试验,获得了不同种类改性沥青混凝土的破坏形态及应力-应变曲线。研究表明：沥青混凝土动态应力-应变曲线分为弹性变形、塑性强化和塑性破坏3个阶段,破坏形态分为裂缝、破损、块裂和碎裂4种;两种改性剂均能改善沥青混凝土的抗冲击性能,并且对峰值应力和冲击韧性的应变率敏感性有一定影响,在不同应变率范围内两种改性剂对冲击韧性增强作用不同,NRP对峰值应力增强作用优于掺高粘剂的SBS;应变率超过130/s时,沥青混凝土出现弹性模量退化现象,NRP对弹性模量有提高作用。     

高抗冲阻燃酚醛型舱内复合材料研究

根据飞机对货舱内衬材料使用时阻燃性及抗冲击韧性的要求，选用柔性环氧活性韧性组分和乙烯基聚合物物理共混韧性组分对基本阻燃酚醛组分进行改性，研制出了４１９３树脂体系，基于该体系的复合材料在有良好阻燃性的同时，还可使刚性和冲击韧性达到良好的匹配，并能满足目前先进的适航性要求。