固体火箭发动机喉衬用轴编C/C复合材料的细观热结构特性分析

为研究固体火箭发动机喉衬用轴编C/C复合材料的细观热结构特性,以组分材料之间界面分析为基础,完成热结构参数的实验测定与基于代表性体积单元的等效热物理参数的预测,得出轴编C/C复合材料的等效热膨胀系数与等效热导率系数。分析表明:基于代表性体积单元程序温度周期性边界条件的应用,可以较精确预测复合材料等效热膨胀系数和等效热传导率;得出了组分材料界面相对等效热结构参数的影响,组分材料界面相采用一定厚度的单元模拟更加接近实验数据;讨论了等效热膨胀系数和等效热导率随编织参数的变化规律。     

多层界面相陶瓷基复合材料裂纹偏转机制模拟

针对多层界面相陶瓷基复合材料(CMCs)裂纹偏转机制进行了有限元模拟。在圆柱单胞模型中,按照界面相各亚层的实际厚度建立多层界面相几何模型,然后赋予各亚层对应的组分材料参数,获取轴对称有限元模型。在此基础上,采用虚拟裂纹闭合技术(VCCT)分别计算基体裂纹在界面相处偏转与穿透两种情形的能量释放率Gd和Gp,根据断裂力学准则实现对裂纹在多层界面相内部偏转机制的分析。可以看出:各向异性界面相比各向同性界面相内部的Gd/Gp比值更大,更利于裂纹偏转的发生;总厚度相同的多层界面相与单层界面相相比,其内部的Gd/Gp比值更高,裂纹在其内部发生偏转的机会更多,且五层界面相(PyC/SiC/PyC/SiC/PyC)比三层界面相(PyC/SiC/PyC)更利于裂纹发生偏转。      

C/C机织复合材料开孔板强度有限元模拟

三维机织复合材料已在航空航天领域得到广泛应用,研究开孔C/C机织复合材料在拉伸和压缩状态下的损伤机理具有重要工程价值。建立开孔C/C三向正交机织复合材料试验件的镶嵌有限元模型,在孔周范围内按照材料的细观结构建立细观尺度有限元模型,采用基于细观力学的强度准则对其拉伸和压缩损伤演化过程进行模拟,并预测其极限拉伸、压缩载荷和拉伸、压缩强度。结果表明:在拉伸与压缩载荷下,由于缝线与纤维束接触区域的应力集中,使得开孔板经纱多处区域出现损伤起始,开孔板损伤区域均呈"X"形扩展。     

树脂基复合材料热压成型工艺数值模拟研究进展

针对树脂基复合材料热压成型工艺过程,以构件成型所需的温度场和压力场两个影响构件成型质量的主要因素为主线,从有限元数值模拟方面,对树脂基复合材料热压成型工艺的研究现状及存在问题进行了综述。     

CFRP钻削制孔分层的形态研究

针对单向碳纤维增强复合材料(UD-CFRP)钻削制孔分层的各向异性行为,以UD-CFRP板的孔出口表层分层缺陷为研究对象,研究制孔分层的形状和大小。结果表明:UD-CFRP板的分层形状呈近椭圆形;随着主轴转速的增大,分层尺寸呈减小趋势,以主刚度方向最为明显,但减小幅度最大仅为0.14 mm;随着进给速度的增大,在主刚度方向极易产生整束纤维的撕裂,尺寸呈增大趋势,以主刚度方向最为明显,增大幅度达0.81 mm,以及由于主刚度方向整束纤维的撕裂,分层形状在主刚度方向出现突变。     

颗粒增强钛基复材缓进深切磨削加工研究

颗粒增强钛基复合材料(PTMCs)属于典型的难加工材料,在航空航天领域具有广阔应用前景.本文开展了PTMCs材料的缓进深切磨削研究,揭示了磨削用量和磨削方式(顺磨与逆磨)对磨削力与磨削温度的影响规律,同时利用有限元法分析了磨削温度场特征和材料去除机理.研究发现,缓进深切磨削PTMCs时,磨削力随工件进给速度和切深增加而增加,顺磨时的磨削力比逆磨大10％～20％,而顺磨的磨削温度要比逆磨约低10％.由于逆磨和顺磨工件的温度分布不同,当切深大于0.6mm、工件进给速度大于400mm/min时,顺磨比逆磨更易发生烧伤.在此基础上,提出了顺磨与逆磨条件下磨削温度场仿真计算的不同热源模型与边界条件,分别获得了两种磨削方式的温度分布特征,有限元仿真结果与试验结果相符.颗粒增强钛基复材磨削表面典型加工缺陷是表面涂覆和硬脆增强相破碎和拔出导致的孔洞,单颗磨粒切厚对硬脆增强相的去除行为有显著的影响.     

PCD刀具车削钛基复合材料刀具磨损研究

使用PCD刀具对钛基复合材料进行切削速度单因素车削试验,研究了PCD刀具的磨损形态和磨损机理.结果表明:在15 ～ 60m/min范围内,随着切削速度的增大,切削力从473N逐渐减小到367N,切削温度从274℃逐渐升高到564℃;刀具切削路程随着切削速度的增大从390m先增大到702m然后减小至467m,在切削速度为45m/min时达到最大值;PCD刀具前刀面并未出现典型的月牙洼磨损,而是前后刀面同时磨损,后刀面均呈典型的带状磨损带,且前后刀面均有犁沟出现和钛合金粘结;刀具磨损的主要原因是磨粒磨损和粘结磨损,随着切削速度的增大,磨粒磨损减弱,粘结磨损增强.     

大厚度复合材料层合板固化制度数值模拟

采用数值模拟方法研究了X850预浸料层合板的固化过程,通过对比两种不同固化制度下大厚度复合材料的固化放热过程,以及料层中心的最大温度值,对升温过程的影响进行了分析,最后与试验数据进行了对比验证.结果表明:升温速率过快导致料层中心区域温度过高,对零件质量产生不利的影响,可以通过适当减缓升温进行很好的缓解.同时,模拟结果与试验结果吻合良好,说明建立的模型符合X850预浸料的固化过程模拟要求,能够对固化过程和温度历程进行定量化的预测.     

形状记忆合金驱动器动态驱动性能研究

对Ni Ti形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)在准静态和动态加热工况下回复应力的变化规律进行了研究,提出了准静态工况下的本构模型迭代算法,该算法可以较好地吻合试验数据。同时阐述了SMA丝作为驱动器时,传统本构模型在动态加热工况下的局限性,并提出了一种简洁高效的平均速率插值算法。该算法能较好计算动态加热工况下SMA丝驱动回复应力,与试验结果相比较,相对误差小于10%。     

BP神经网络在航空复合材料敲击检测中的应用

随着航空复合材料运用越来越广泛,其本身缺陷造成的事故也愈来愈多.提出一种利用敲击检测和BP神经网络的航空复合材料无损检测方法.首先运用敲击检测采集数据;然后运用平均值法和方差法来对数据进行修正;最后借助MATLAB软件进行BP神经网络数据分析,在训练数据4 000组、测试数据20组时,准确率可达90%.实例验证结果表明,基于BP神经网络的敲击检测方法可以实现航空复合材料缺陷的有效检测.