增材制造钛铝合金研究进展

钛铝合金具有轻质、高强、耐高温等优异特性,在航空领域,特别是在航空发动机涡轮叶片上具有重要应用价值。然而,钛铝合金的室温脆性大、热变形能力低,使得采用传统的锻造、精密铸造、粉末冶金等技术均难以制造具有复杂形状,特别是具有内部空腔结构的钛铝合金叶片,限制了其性能的进一步提升。增材制造技术能够突破形状的制约,有望发展成为制造钛铝合金复杂结构零部件的新技术。目前,应用于钛铝合金的增材制造技术主要有电子束选区熔化、选区激光熔化和激光金属沉积。本文调研了增材制造钛铝合金领域2010~2020年的文献,对上述3类增材制造技术的原理和特性、所使用合金粉末的特性、打印构件的相组成、组织形貌和热处理工艺、宏观和微观力学性能及其在航空领域的应用等研究进行了对比分析和评述,并对增材制造钛铝合金发展中所存在的问题及下一步研发重点进行了总结和探讨。     

Study of VLF wave with relativistic effect in Saturn magnetosphere in the presence of parallel A.C. electric field

Cassini radio and plasma wave surveys aim to study radio emissions, plasma waves, thermal plasma and dust near Saturn. Using the characteristic solution and dynamics method, the influence of electron beam on the loss cone and bi-Maxwellian distribution of whistler mode waves in the parallel alternating electric field and magnetic field is studied. The dispersion relation and the growth rate of Saturn's magnetic layer were deduced and calculated in detail. Parameter analysis is performed by changing the parameters of the plasma like number density, AC frequency, temperature anisotropy, etc. The influence of AC frequency on Doppler shift and the comparative study of growth rate of oblique and parallel propagating waves are analyzed using generalized distribution function. We found temperature anisotropy ${\text{A}}_{\text{T}}=1.25$ can explain the linear spatiotemporal growth rate of whistler mode waves. It provides the majority of the observed frequency integral power. It can be seen that the effective parameters for the generation of Whistler mode waves are not only temperature anisotropy, but also the relativistic factors discussed in the results and discussion section, and the AC field frequency and width of the loss cone distribution function.     

A fatigue damage-cumulative model in peridynamics

While the present structural integrity evaluation method is based on the philosophy of assumed similitude, Fatigue and Damage Tolerance (F&DT) evaluations for next generation of air-vehicles require high-fidelity physical models within cyberspace. To serve the needs of F&DT evaluation in digital twin paradigm, a fatigue damage-cumulative model within peridynamic framework is proposed in this paper. Based on the concept of fatigue element block and damage accumulation law in form of Coffin-Manson relationship, the proposed model applies to both fatigue crack initiation and fatigue crack growth; fatigue crack growth rates under constant-amplitude and simple variable-amplitude block loading cases can be well predicted for three common structural materials without inputs of Paris law parameters. Additionally, the proposed model can also be easily extended to a probabilistic version; for verification, multiple-site-damage problems are simulated and the statistic nature of fatigue process in experiments can be well captured. In the end, main features of the proposed model are summarized, and distinctions from the other models are discussed. There may be a potential for the peridynamic damage-cumulative model proposed in this work to numerically predict fatigue problems in digital twin paradigm for future generations of aerospace vehicles.     

基于可靠性增长预测模型的航空发动机可靠性评估

通过可靠性增长预测模型充分利用定型前内场台架试验及外场试飞提供的大量数据对技术状态不断变化的发动机进行可靠性评估,并与经典的累计平均故障间隔时间(MTBF)估算值作了比较,结果表明:传统的累计MTBF评估方法没有考虑研制过程中技术状态的不断变化和可靠性不断增长的情况,故评估的可靠性值不符合实际情况;而可靠性增长预测模型合理、有效、实用.      

基于新Dirichlet先验分布的超参数确定方法研究

研究了基于新Dirichlet先验分布的Bayesian可靠性增长模型的超参数 确定方法,该方法将专家经验表示为均匀分布,以先验参数为变量,将均值作为约束条件、 方差作为目标,利用最优化方法求出与该均匀分布最为接近的Beta分布,解决了由于新
Dirichlet先验分布超参数物理意义不明确而难以确定的问题。针对后验积分难以计算的问 题,采用WinBUGS软件建立了新Dirichlet先验分布的Bayesian可靠性增长模型,该模型思路 清晰、简单易行,提高了计算的精度,实例证明了该模型在可靠性应用中的直观性与有效性 。     

激光冲击处理对铝合金疲劳扩展速率影响的研究

研究了激光冲击处理对2024-T62铝合金疲劳裂纹扩展速率的影响,并探讨了将其作为止裂工艺的可行性。疲劳裂纹扩展试验结果表明：激光冲击处理可以显着地降低疲劳裂纹扩展速率,作为止裂工艺是可行的。     

对 GJB/Z77 多台同型产品增长模型的分析

GJB/Z77的附录A中,阐述了如何应用AMSAA模型进行多台同型产品的可靠性增长,给出了趋势检验、参数估计和拟合优度检验的方法,并提供了一个实例。对该模型进行了分析,指出GJB/Z77中存在的错误。     

掺杂nc-Si:H薄膜中纳米硅晶粒的择优生长

发现PECVD生长的系列掺杂氢化纳米硅(nc-Si:H)薄膜中纳米硅晶粒(nc-Si)有择优生长的趋势.用Raman、XRD、AFM、HRTEM等方法研究其微观结构时发现:掺磷的nc-Si:H薄膜XRD 峰位的二倍衍射角约为33°.掺硼nc-Si:H薄膜的XRD峰位的二倍衍射角约为47°.用自由能密度与序参量的关系结合实验参数分析得到:较高的衬底温度引起序参量改变,使掺磷nc-Si:H薄膜中nc-Si的晶面择优生长.适当的电场作用引起序参量改变,导致掺硼nc-Si:H薄膜在一定的自由能密度范围内nc-Si的晶面择优生长.      

考虑小裂纹特性的裂纹扩展数值分析方法及实验验证

为了对工程断裂关键件进行全面的损伤容限分析,需要发展一种能够考虑小裂纹阶段的疲劳裂纹扩展数值分析方法。在Paris公式的基础上基于镍基粉末高温合金小裂纹扩展行为特点,提出了一种小裂纹加长裂纹阶段的裂纹扩展物理力学过程描述,并以此建立了裂纹扩展速率模型。同时考虑到工程应用,将该模型通过FRANC3D软件的用户子程序,与有限元方法结合,构建了一种可分析实际工程结构例如航空发动机涡轮盘上疲劳裂纹扩展的数值分析方法。针对带初始缺陷的FGH96合金标准试棒进行了裂纹扩展数值分析,并与开展的裂纹扩展寿命实验进行了对比。数值计算结果与实验结果吻合较好,表明该方法能够充分考虑小裂纹阶段的裂纹扩展行为特点,适用于分析工程结构疲劳裂纹扩展的全过程。     

缝隙宽度对频率选择表面透波特性的影响

从物理本质上分析了频率选择表面FSS(Frequency Selective Surfaces)单元的缝隙宽度对FSS平板透波特性的影响.FSS平板单元的缝隙越宽,则单元的谐振波长缩短就越多,谐振频率也随之升高.利用Floquet定理,计算分析了缝隙宽度对FSS平板透波特性的影响;采用蚀刻技术加工FSS平板小矩形缝隙单元.实验测试的结果表明,缝隙宽度变大时,谐振频率升高,同时,FSS平板的透波率和谐振带宽变大.实验数据与计算结果在误差允许的范围内基本一致.