C/C复合材料喷管烧蚀壁面退移流固耦合仿真研究

为了保障固体火箭发动机C/C喷管的可靠性,建立了一套正确反映发动机喷管烧蚀过程的流固耦合计算模型,以实现对喷管烧蚀率的高精度预估。依据热化学烧蚀理论以及喷管内燃气与喷管结构体界面的质量平衡和能量平衡关系,建立并验证了考虑壁面退移的C/C喷管流固耦合方法,实现了燃气流动、异相化学反应、结构体传热三者间的耦合。通过实验发动机喷管的烧蚀计算,论证了模型的正确性,并分析了不同金属铝含量对烧蚀率的影响,计算所得的烧蚀率与实验值最大相对误差为4.3%,与不考虑壁面退移的耦合算法计算结果对比,计算精度最高可提升46%。计算结果表明：C/C喷管在喉部附近烧蚀最为严重;推进剂中Al含量的增加导致燃气中氧化组分浓度降低,进而减少了烧蚀速率,这些结论与C/C喷管烧蚀相关研究结果一致。     

温度参数下轴编C/C复合材料的超高温热结构性能分析

为了研究轴编碳/碳（C/C）复合材料的超高温热结构性能,开展了2800℃超高温载荷下复合材料的拉伸实验,表征了复合材料组分材料的高温失效形貌;提出了立方体单胞和正六棱柱单胞的温度周期性边界条件的算法和预测复合材料等效热结构参数的方法,在材料属性各向同性正六棱柱单胞模型上验证了方法的正确性;最后建立了轴编C/C复合材料的代表性体积单元,计算了复合材料随温度载荷变化下的等效热结构参数,与实验数据进行了对比分析。分析表明：开展的轴编C/C复合材料的超高温拉伸实验,可以得到复合材料在2800℃载荷下复合材料的等效刚度值,同时分析了轴向试件和径向试件的高温失效机理,径向试件的纤维束拉伸强度对复合材料的径向拉伸强度起到决定性的作用。在应用位移以及温度周期性边界条件的基础上,提出的方法可以得到随温度载荷变化下复合材料的等效热结构参数,得出复合材料在横向满足近似各向同性的特性,预测结果表明只改变温度参数下复合材料的等效热导率不会发生改变。提出的方法同样也适用于其他编织复合材料的热结构性能研究。     

三维五向编织复合材料的冲击压缩特性及破坏机制

利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)实验系统和高速摄像技术对三维五向碳/环氧编织复合材料的动态压缩特性进行研究。通过对编织角为22.3°的试样分别进行沿纵向和横向方向的冲击压缩实验,得到材料在200~1200 s^-1应变率范围内的应力应变曲线,并结合高速摄像记录的动态压缩过程,对不同应变率下材料在高速变形下的渐进破坏规律进行分析。同时,综合试样的宏观破坏特征和微观断口形貌特征,进一步分析材料的破坏模式及破坏机理。结果表明:随着应变率的增加,材料在纵向和横向均具有一定的应变率强化效应,在横向方向的应变率强化效应更为显著;不同加载方向下材料的渐进破坏过程、应力应变曲线特征以及破坏方式均具有明显差异,且随着应变率的增加而发生改变。     

复合材料薄壁梁扭转的高次翘曲理论

利用翘曲连续修正概念导出表示剖面翘曲位移的形函数序列,据此建立单闭室复合材料薄壁梁扭转分析的高次翘曲理论,并结合分层的具体情况,考察分层对复合材料薄壁梁扭转翘曲的影响。算例表明,该高次翘曲理论具有很好的收敛性。     

织物细观结构参数对编织复合材料弹性性能的影响

根据作者提出的二维波纹细观力学模型,在考虑了实际织物结构中存在的经向和纬向纤维的波纹;相邻纤维束之间的间隙;纤维束的横截面尺寸和织物的叠层构造状态对编织复合材料弹性性能的影响下,给出了织物细观结构参数与编织复合材料弹性性能之间的变化关系。通过参数分析探讨了不同结构参数对编织复合材料弹性性能的影响。     

强度自适应智能复合材料结构

提出在复合材料中埋入形状记忆合金丝、光纤阵列组成的强度自适应复合材料结构与系统。提出能够改变结构应力分布的形状记忆合金丝的布置方案;检测复合材料损伤及大应变位置的光纤阵列和神经网络;以及控制激励形状记忆合金丝动作的系统和实验方案。     

基于神经网络的智能复合材料损伤评估系统

介绍了一种复合材料损伤评估的新系统。该系统由埋入光纤传感器阵列、形状记忆合金丝和Ｋ　ｏｈｏｎｅｎ　自组织神经网络处理器组成。由埋入光纤传感器阵列实现对材料损伤的检测,神经网络由ＴＭＳ３２０Ｃ２５　高速并行处理器和ＩＢＭＰＣ／３８６组成的高速并行分布处理器进行模拟,实现传感器输出信号的实时处理,并产生相应的控制信号激励形状记忆合金丝（ＳＭＡ）,以改变材料的应力状态,延缓材料的破坏。     

SMA 智能复合构件控制裂纹的数值与试验研究

将ＴｉＮｉ形状记忆合金（ＳＭＡ）薄带复合于基体材料内部,利用形状记忆合金的特性,可以控制构件裂纹的扩展。本文介绍了智能复合构件控制裂纹的机理,并利用拟温度载荷法,直接应用现有有限元程序对控制裂纹的ＳＭＡ智能复合构件进行了计算与分析,同时还进行了激光云纹干涉法试验测试。计算和试验结果表明智能复合构件中的记忆合金薄带对构件裂纹有显著的控制效果,同时计算和试验结果的一致性也表明本文的分析方法是可行的。     

B／Al单向铺层复合板的力学性能及断裂行为的研究

研究了热压扩散结合工艺对Ｂ／Ａｌ复合材料的强度的影响,并对试样拉伸断口及断裂径进行了研究,分析表明,试样断口有三种断裂模型,断裂路径同热压工艺有密切的关系。     

7075Al/SiCp复合材料热压缩变形的研究

采用圆柱试样在Gleeble-1500热模拟机上对7075Al／SiCp复合材料进行高温压缩变形实验，变形温度为300-500℃，应变速率为0．001-1s^-1。结果表明：7075Al／SiCp复合材料的流变应力大小受变形温度和应变速率的强烈影响，流变应力随应变的增加而逐渐增加，出现一峰值后逐渐下降；流变应力随变形温度的升高，应变速率的降低而降低。可用Zener—Hollomon参数的双曲正弦形式来描述7075Al／SiCp复合材料高温压缩变形流变应力，其变形激活能Q为279．659KJ/mol。