三维编织复合材料宏细观多尺度传热分析

近年来三维编织复合材料在航空、航天等领域得到了广泛应用,而热传导性能是其重要的物理性能之一。根据三维四向编织复合材料细观单胞模型,建立其热传导性能的宏细观多尺度模型,包括等效热传导系数的均匀化模型和温度场分布的多尺度模型;基于宏细观多尺度有限元算法,计算三维四向编织复合材料的等效热传导系数,并与实验结果进行对比;在此基础上,研究编织角和纤维体积含量对热传导系数的影响规律,并确定材料内部的温度场分布。结果表明:等效热传导系数与实验值吻合较好,细观单胞模型能较为真实地反映三维四向编织复合材料的结构构形,宏细观多尺度方法能有效预测三维编织复合材料的热传导性能,并且能有效捕捉材料内部的局部振荡效应。     

混杂纤维复合材料层板的抗弹冲击性能

为了考察混杂纤维复合材料层板的抗弹冲击性能,采用碳纤维织物或玻璃纤维织物与芳纶纤维织物复合材料层共固化的方式,利用热压罐成型工艺制备了几种具有不同面密度及铺层结构的混杂纤维复合材料层板,并进行抗弹冲击性能测试、表观形貌观察和无损检测分析。结果表明:纯芳纶纤维及混杂纤维复合材料层板的钢弹冲击破坏模式相同,均为表层剪切破坏,中间层分层破坏,背层拉伸断裂破坏;层间混杂顺序对复合材料层板的分层缺陷面积有较大影响,当碳纤维层作为背层时,层板的分层缺陷面积为12 863. 6 mm2小于玻璃纤维层作为背层时(17 400. 5 mm2);当芳纶层作为背板时,混杂纤维复合材料层板冲击后分层缺陷面积与纯芳纶的相当(14 151. 0～14 927. 0 mm2)。混杂纤维复合材料对层板的抗弹冲击性能有较大影响,混杂后复合材料的弹道极限速度(v50)均有一定程度的提高,其中玻璃纤维/芳纶复合材料的v50从纯芳纶复合材料层板的193. 08提高至204. 33 m/s。将碳纤维层或玻璃纤维层作为着弹面层的混杂纤维复合材料层板具有更优异的抗弹冲击性能,其贯穿比吸能(BPI)均优于纯芳纶复合材料层板。     

航空发动机零件机加工艺信息管理系统研究与开发

针对航空发动机零件传统二维机加工艺设计中工艺信息管理困难和更改繁琐等问题,通过分析零件机械加工过程中工艺信息的特性,将机加工艺信息分为静态工艺信息和动态工艺信息两大类,提出并构建了航空发动机零件三维模式下机加工艺信息管理系统,阐述了机加工艺信息管理系统的体系架构和工作流程,研究实现了工艺资源库的创建和检索、基于XML的工艺信息集成和工艺规程可视化文件生成等关键技术,有效地提高了航空发动机零件机加工艺规程生成的效率和质量,缩短了航空发动机零件的研制周期。     

钙钛矿型La_(1-x)Ba_xMnO_3(0≤x≤0.5)的红外发射率和微波吸收性能

通过溶胶凝胶法制备钙钛矿结构的La_(1-x)Ba_xMnO_3(0≤x≤0.5),利用X射线衍射、四探针电阻测量仪、红外发射率测试仪、矢量网络分析仪分别研究Ba~(2+)掺杂对镧锰氧化物晶体结构、电阻率、红外发射率和微波吸收性能的影响。研究结果表明:当Ba~(2+)掺杂浓度比较低时,掺杂的元素几乎不改变镧锰氧化物的晶体结构;当掺杂浓度增加时,晶格畸变开始增大;样品红外发射率随Ba~(2+)离子掺杂浓度的增大先降低后缓慢增加,与电阻率的变化保持一致;Ba~(2+)离子可以对样品在2~18 GHz微波吸收性能进行调控,当掺杂浓度x=0.3时,样品的吸收效果最佳;在频率为10.8 GHz时,最低反射率为-32 d B;掺杂合适元素的镧锰氧化物材料有可能应用在红外/雷达兼容隐身领域。     

SiC/SiBCN-Si3N4复合材料力学性能研究

为了深入了解SiC/SiBCN-Si₃N₄材料微观形貌与高温力学行为,建立科学可靠的定量表征方法,本文使用多种表征手段对SiC/SiBCN-Si₃N₄材料进行定量观测,首先进行材料孔隙率及密度的测试,随后进行材料高温原位力学性能测试并对材料损伤机理进行了分析,最后基于试验数据构建了一种可解释的深度学习模型,实现了材料高温非线性本构关系预测。样件力学性能分析结果表明：平均应力预测误差为0.27%~0.59%、平均应变预测误差为1.96%~3.41%;同时通过量化分析明确了影响力学性能的因素依次为温度、偏轴角度、孔隙率及密度。本文实现了不同环境温度、偏轴角度与外载荷作用下SiC/SiBCN-Si₃N₄宏观力学性能的预测,可为陶瓷基复合材料高温本构模型的建立提供新思路。     

2195铝锂合金氩弧焊接头组织分析及力学性能研究

针对T8态2195铝锂合金在氩弧焊焊时接头裂纹敏感性高、接头力学性能差等问题,开展2195铝锂合金焊丝研制工作,对接头的显微组织、抗裂性能及综合力学性能进行了研究。结果表明,2195铝锂合金熔焊接头主要由α-Al、Al₂Cu、Al₃（Ti,Zr）相组成,具备优异的抗裂性及力学性能,其裂纹敏感性K₁＜1%,K₂=0%,接头常温抗拉强度约为390 MPa,延伸率为6.3%。BJ-4505焊丝的研制为2195铝锂合金工程应用提供技术支撑。     

超塑变形过程中的空洞及其对变形后室温机械性能的影响

研究了不经任何预先处理的半硬态黄铜Ｈ６２和铝合金ＬＹ１２ＣＺ超塑变形过程中的空洞及其对变形后室温机械性能的影响。实验表明：①同一材料,在不同的超塑变形条件下变形,如果其空洞化程度随应变增加得越慢,则其超塑性越好;②超塑变形后材料的室温机械性能随所经受过的超塑变形量的增加而下降,当超塑变形后材料中空洞的面积百分数达到４％左右时,其室温弹性模量Ｅ、屈服强度σｓ、极限强度σｂ以及冲击韧性开始显著地下降,而此时的室温断面收缩率φ已下降了相当大的程度;③随着空洞化程度的提高,超塑变形后的材料也由韧性材料逐渐变成脆性材料。     

飞机起落架用钢贝氏体组织的屈强比问题

本文根据强度设计规范要求和试验结果,指出飞机起落架用钢在满足屈强比σ_(0.2)/0_h>0.67的条件下,以适当降低该值更为行利。对40CrMnSiMoVA钢的研究证实,σ_(0.2)和σ_(0.2)/σ_h值在循环载荷作用下并非恒值。贝氏体组织较低的σ_(0.2)/σ_h值使其发生循环硬化,从而减轻钢的缺口敏感性并延长其疲劳裂纹形成寿命,同时具有更为明显的超载延寿效果。     

(Hf0.25Zr0.25W0.25Ti0.25)B2高熵陶瓷的组织结构与力学性能

为了提高高熵硼化物陶瓷的性能,扩大高熵硼化物陶瓷家族,本文通过硼热/碳热还原法结合SPS制备(Hf_0.25Zr_0.25W_0.25Ti_0.25)B₂高熵硼化物粉末与陶瓷,并对其物相组成、组织形貌和力学性能进行研究。结果表明,经1 600℃热处理后(Hf_0.25Zr_0.25W_0.25Ti_0.25)B₂高熵硼化物粉末除了检测出高熵相,还检测到W₂B₅第二相,粉末粒径为(0.29±0.03)μm;2 000℃烧结后W₂B₅减少,高熵相的衍射峰向高角度偏移,致密度达95.7%,引入WB₂后其具有优异的力学性能,硬度(21.3±1.5) GPa,断裂韧性(3.00±0.22) MPa·m^1/2。     

SiC晶须增强机械合金化A1-12Ti复合材料的力学性能

研究了SiC晶须对机械合金化（MA）A1－12Ti基复合材料的室温力学性能和55℃空气气氛下暴露后力学性能的变化规律。结果表明：SiCw起到了较好的增强作用，复合材料的强度、弹性模量、比强度、比刚度和弯曲断裂应变等各项力学性能比基体合金MAA1-12Ti均明显提高，但热稳定性变差，长时间高温暴露导致SiCw／基体之间界面压应力松驰，界面结合强度下降，是复合材料力学性能恶化的主要原因。