基于DFR法的螺栓连接件疲劳性能研究

针对螺栓连接件在服役过程中易产生疲劳损伤的问题,采用有限元模拟、理论分析和试验测试相结合的方法探究试验件厚度以及螺栓连接间隙对构件疲劳性能的影响规律。有限元模拟结果表明,由于构件几何形状的不连续性以及螺栓连接间隙的存在使得连接件中的铝合金板孔边产生较为明显的应力集中现象,在循环载荷作用下易在该处萌生疲劳裂纹导致构件的损伤失效,而施加螺栓预紧力可以通过摩擦传载改善孔边的受力情况。在静力分析的基础上,采用有传载紧固件双剪接头结构细节疲劳额定值（DFR）理论计算方法估算不同类型试验件的DFR值。理论估算结果与通过双点法确定的试验件DFR值基本吻合,相对差异在10%以内,可以验证该理论方法有较好的工程适用性。分析结果表明,试验件的连接间隙会影响螺栓的受载情况,在拉伸过程中先发生接触的螺栓处有较大的应力集中,最终导致连接件的疲劳失效;当试验件的厚度增加,铝合金板所承受的附加弯矩增大,会影响孔边的应力分布,在一定程度上降低试验件的疲劳性能。试验件厚度和连接间隙对试验件疲劳性能的影响可通过应力集中系数来综合体现,试验件DFR值近似随应力集中系数呈线性降低。本工作的研究成果可为螺栓连接件疲劳性能研究提供参考。     

BNi-2非晶钎料钎焊高铌TiAl合金与GH3536合金接头组织与性能

采用非晶态BNi-2钎料成功实现了高铌TiAl合金与GH3536合金的连接,获得良好的钎焊接头。钎焊接头的典型界面组织为TAN/B2+τ3/τ4+（Ni-Ti）-B/γ+（Ni-Ti）-B+CrB+G相/GH3536。通过分析钎焊温度对接头界面微观组织的影响,表明BNi-2钎料中B元素的扩散以及GH3536合金向液态钎料中的溶解对界面组织结构演变起着至关重要的作用。而随着钎焊温度的升高,扩散IV区逐渐消失,接头由4个区域变为3个区域,τ3/τ4化合物层及钎缝区域均逐渐增厚,黑色CrB相发生粗化,细小点状（Ni,Ti）-B含量减少。1 160℃保温10 min时,所获得的钎焊接头最大室温及高温（700℃）抗剪强度分别为~106.8 MPa和~76.2 MPa,其剪切强度降低约28.6%,接头均呈现脆性断裂模式。接头形成过程可以划分为固相扩散、液相生成、等温扩散凝固和残余液相析出4个阶段。     

镍基单晶/柱晶高温合金超高周疲劳研究进展

镍基单晶/柱晶高温合金具有高温强度高、抗氧化性强、抗疲劳性能优异等优点,是目前先进航空发动机涡轮叶片的主要材料。超高周疲劳（疲劳寿命>10⁸）是涡轮叶片在服役中后期面临的主要问题。对镍基单晶/柱晶高温合金的超高周疲劳进行综述,分析结果表明,单晶/柱晶高温合金在高温下存在反常屈服现象;对比不同频率下的疲劳研究,未发现明显的频率效应;分析断裂机理,发现裂纹主要从内部孔洞等铸造缺陷处萌生。总结了疲劳寿命预测模型,展望了镍基单晶/柱晶高温合金超高周疲劳的发展方向。     

不同拉伸速率下改性双基推进剂的力学特性

为研究改性双基推进剂力学性能的率相关性,开展了不同速率下改性双基推进剂单轴拉伸力学性能试验,并利用扫描电镜对拉伸断面的形貌进行了观察,分析了拉伸速率对推进剂力学性能以及断面形貌的影响,以及不同拉伸速率下的破坏模式。结果表明：随拉伸速率的增加,推进剂应力-应变曲线逐渐出现应变强化现象,且现象越来越明显;推进剂的初始模量、强度随拉伸速率的增大呈现上升趋势;推进剂的断裂伸长率随拉伸速率的增大,呈现先上升后下降的趋势,在0.24%·s-1应变速率附近达到极值;随拉伸速率的增大,推进剂的破坏模式分别表现为颗粒“脱湿”、基体断裂、颗粒断裂。     

2219铝合金双轴肩搅拌摩擦焊与熔焊交叉接头的组织及性能

文摘对2219C10S铝合金进行双轴肩搅拌摩擦焊接,之后沿垂直于双轴肩搅拌摩擦焊方向进行变极性TIG焊接制备交叉接头,并对比分析了交叉接头与单一TIG接头的组织和力学性能。交叉接头与单一TIG接头的组织特征既有相同之处也存在差异。相同之处为焊缝区均由直流氦弧焊作用下的柱状区和交流脉冲氩弧焊作用下的碗状区组成;不同之处在于两者的母材区分别为细小等轴晶和轧制板条晶粒,而热影响区都是在母材晶粒上发生粗化长大。显微硬度测试结果表明,两类接头的横截面显微硬度分布均呈"W"型,单一TIG接头的的显微硬度分布梯度大于交叉接头,但交叉接头的软化区宽度更窄。拉伸测试结果得出,两类接头均断裂于接头的热影响区。沿SR-FSW焊缝方向的交叉接头的抗拉强度系数为66.14%,略低于单一TIG接头,但接头延伸率比单一TIG接头高约30%。断口形貌研究表明,交叉接头的断口形貌为典型的韧性断裂,而单一TIG接头还可观察到部分脆性断裂特征。     

PBO和芳纶纤维单丝拉伸性能影响因素分析

使用等速拉伸试验仪测试了进口和国产聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纤维、芳纶纤维的单丝力学性能,探究了不同制样条件、测试条件对有机纤维单丝拉伸性能的影响,影响因素包括拉伸速率、试样标距、纤维含湿率以及热老化温度。结果表明:试样标距由5 mm增至60 mm,4种纤维的Weibull统计强度均逐渐减小;随着拉伸速率由5 mm/min增至200 mm/min,4种纤维的Weibull强度均表现出先增大后减小的变化规律;随着吸湿率增加,进口PBO和芳纶纤维强度逐渐下降;随着老化温度升高,纤维的单丝拉伸强度下降,进口PBO和芳纶纤维在300℃热处理40 h后强度分别下降39.1%和51.6%。     

高速转子系统支承结构及力学特性设计方法

针对航空发动机高速转子系统支承结构及力学特性设计问题,开展支承结构约束特性（支点位置和支承刚度）对转子系统刚度及转子动力学特性的影响分析,建立转子支承结构约束特性与转子力学特性关联力学模型。通过对转子系统支承结构特征参数与刚度特性、振动特性等力学特性的关联性分析,定量描述了转子支承约束特征及轮盘惯性载荷对转子系统动力学特性的影响规律,在此基础上,提出了基于转子变形控制的支承约束特性与转子力学特性一体化设计方法。仿真计算结果表明:对于高速转子系统可以通过对支点位置及支承约束刚度的设计,调整转子弯曲变形和临界转速的分布特征,使其在通过或靠近弯曲振型临界转速的高转速工作状态下,具有足够的安全裕度。这种通过结构特征参数的变化,优化转子系统力学特性的方法,对航空发动机总体结构布局及动力学设计具有重要的工程参考价值。      

不同温度下丁羟包覆层的横向弛豫时间与拉伸性能的相关性

为了研究不同温度下丁羟包覆层的横向弛豫时间与拉伸性能的相关性,开展了核磁共振和拉伸应力-应变性能测定试验。单因素方差分析表明温度对横向弛豫时间有显著影响;试验温度从30℃升到90℃,横向弛豫时间呈线性增大;90℃升到130℃,横向弛豫时间先减小后增大。30～90℃,升温使包覆层的拉伸强度下降,断裂伸长率升高;在100℃较90℃强度得到了提高,断裂伸长率稍有降低;在100～130℃时,受复杂化学反应和分子热运动共同影响,断裂伸长率迅速增加,强度降低。断裂伸长率、拉伸强度均与横向弛豫时间存在较好的相关性,利用该关系可以预测丁羟包覆层在不同横向弛豫时间下的拉伸性能。     

复合材料面板阻燃抗菌防霉性能

采用热熔法制备抗菌防霉预浸料,并对其力学性能、燃烧产物、阻燃性能以及抗菌防霉性能进行了系统的评价。结果表明:复合材料面板的燃烧产物中CO、HF、HCl、NOx、SO2、HCN等6种毒性气体含量均远远低于标准;阻燃性能优异,无火焰穿透,无熔融物滴落,且平均自熄时间大都为0 s;防霉性能均为0级;抗菌性能随着抗菌防霉剂含量的增大而增强,其中当抗菌防霉剂含量≥2%性能随着抗菌防霉剂的添加呈下降趋势,为了兼顾力学性能与抗菌性能,创新设计不同抗菌防霉剂分布而保持平均含量不变的复合材料面板,对比抗菌性能结果发现将抗菌防霉剂含量高的预浸料分布在表面时得到的复合材料面板拥有最优异的抗菌性能,成功实现结构生物安全一体化。     

基于均匀化方法的三维编织复合材料等效弹性性能预测

由于三维编织复合材料具有复杂的空间拓扑结构,其力学性能分析通过宏观有限元方法往往因为占用大量的计算机内存而难以实现。从细观结构入手,计算材料的等效弹性模量可大大降低计算量。现建立了等效弹性模量的均匀化列式及有限元求解方法,运用该方法对三维编织复合材料的等效弹性性能进行了预测,并提出了三种单胞模型的周期性边界条件的施加方法。通过该方法得到等效弹性模量与实验结果较为吻合,从而有利于进行下一步的细观应力场计算。