TGO非均匀增长对热障涂层应力演化和破坏机理的影响

采用内聚力模型和热生长氧化层(TGO)非均匀增长子程序,数值模拟了在热循环载荷作用下热障涂层(TBC)内部应力演化规律和开裂行为。涂层失效过程首先是源自陶瓷层(TC)内近波峰位置的拉伸和切应力共同主导的陶瓷层Ⅰ、陶瓷层Ⅱ混合型裂纹;随着循环数增加,则转向由TC内近波峰位置的切应力主导的Ⅱ型裂纹和波峰波谷中间的涂层厚度方向拉伸应力主导的Ⅰ型裂纹。整体非均匀增长和波谷均匀增长模式下的最大拉伸应力经过一定循环数后几乎不再随循环数而增加;而在波峰均匀增长和整体均匀增长模式下,最大拉伸应力则会随着循环数增加持续增长。整体非均匀增长、波谷非均匀增长模式下,20个循环后最大切应力出现在近波峰位置,分别为-16241 MPa和-15428 MPa;而整体波峰均匀增长和整体均匀增长模式下,最大切应力为-11382 MPa和-11198 MPa。对于波谷均匀增长和整体非均匀增长模式,在9个循环后出现界面裂纹。而对于波峰均匀增长和整体非均匀增长模式,在第17个循环出现界面裂纹。     

有翼再入飞行器气动外形集成设计优化

气动外形设计是有翼再入飞行器（RV-W）的关键技术之一。分析了气动参数对再入飞行性能的影响,探讨了有翼再入飞行器气动外形设计的规律和准则。基于上述设计准则,以类X-37B飞行器为研究对象,集成几何参数化建模、气动力、气动热、热防护等学科快速分析方法,采用多学科设计优化方法,以最优气动特性为目标对飞行器气动外形进行了优化;得到优化气动外形后,对飞行器热防护系统（TPS）进行了轻量化设计优化。结果表明,优化外形的气动特性相比初始外形得到了较大的提升,设计优化得到的热防护系统重量占比（8.7%）优于同类飞行器的热防护系统重量占比统计数据,说明了本文有翼再入飞行器气动外形集成设计优化方法的有效性,可为同类飞行器提供参考。     

1 500℃极端高温环境下高超声速飞行器轻质隔热材料热/振联合试验

远程高超声速飞行器处于极为恶劣的气动加热与振动耦合环境中,长时间的高温与振动载荷相互叠加会导致飞行器热防护材料出现裂纹、错位、剥离或脱落,甚至会引发致命的安全事故。因此热防护材料在极端高温环境下的地面热/振联合试验测试,对于高超声速飞行器的安全可靠性设计极为重要。建立高温与振动复合试验环境,设法解决轻质多孔隔热材料在强振动下,表面温度难于准确测量与控制的难题,制作水冷式隔热装置保护价格昂贵的振动激励设备等,实现了1 500℃高温环境下高超声速飞行器轻质隔热材料的热/振联合试验。得到非金属隔热材料陶瓷纤维板内部的断裂形貌及裂纹断面特征。根据试验前、后材料的表观及微观变化以及内部结合剂的变化等试验结果,对材料进行改进。经过试验测试后,达到了使用要求。本文建立的1 500℃极端高温环境下的热/振联合试验系统及试验结果为远程高超声速飞行器热防护材料的抗振动能力评估、隔热效果确定以及材料性能的改进提供了重要支撑。     

热载荷下热障涂层表面裂纹-界面裂纹的相互作用

针对热障涂层在热循环载荷下陶瓷层表面和氧化层/黏结层界面形成裂纹而导致涂层失效的问题,采用扩展有限元和内聚力单元建立陶瓷层表面裂纹与氧化层/黏结层界面裂纹相互作用的有限元模型,得到不同裂纹附近应力分布和开裂程度,分析了这2种裂纹之间的相互影响,结果表明:表面裂纹对界面裂纹影响较大,而界面裂纹对表面裂纹影响较小;氧化层几何参数以及材料参数对2种裂纹演变的影响研究结果表明:氧化层正弦幅值和厚度主要影响界面裂纹,在热载荷下,氧化层越粗糙,界面裂纹扩展速度越快。黏结层弹性模量主要影响界面裂纹扩展程度,而陶瓷层弹性模量主要影响表面裂纹扩展程度,对界面裂纹间接地产生较大影响。     

非传统激光束激光选区熔化3D打印的研究现状及展望

将非传统激光束激光选区熔化(SLM)作为调研对象,介绍了非传统激光束整形原理及其SLM设备情况,以椭圆高斯光、平顶光、反高斯光和细光斑为分类,总结了不同激光形状类型在生产过程中对制品热历史、微观组织和缺陷的影响.对集成光束整形器件和非传统激光SLM打印研究后发现,椭圆形高斯光打印由于改变了光束椭圆度可使制品在不同部位具...     

电子束物理气相沉积LaZrCeO热障涂层微结构与热循环性能

热障涂层(thermal barrier coatings,TBCs)是一种由金属黏结层、热生长氧化物层和陶瓷面层组成的金属-陶瓷复合系统,在先进的航空发动机领域上引起了广泛的关注,但目前先进热障涂层的热循环寿命提升和失效行为研究仍然是一个难点。本研究采用电子束物理气相沉积技术(electron beam physical vapour deposition,EB-PVD)制备LaZrCeO/YSZ双陶瓷层热障涂层,研究热障涂层的相结构、显微组织和失效行为。结果表明:LaZrCeO/YSZ涂层为烧绿石与萤石结构组成的复合涂层材料,LaZrCeO/YSZ涂层的微观结构由羽毛状纳米结构和柱内孔隙组成;在1100℃热循环条件下,LaZrCeO/YSZ双陶瓷层热障涂层展现了良好的热循环寿命;热循环实验后,由于应力累积的作用裂纹在热生长氧化层(TGO)中萌生并扩展,包括水平裂纹和垂直裂纹两大类,进而引起整个涂层体系的不稳定,最终导致涂层失效。     

三聚氰胺泡沫压缩缓冲性能研究

面向航天器对高性能缓冲材料的设计需求,采用重复压缩循环加载、长时恒压强加载、长时恒位移加载等多种加载方式,对三聚氰胺泡沫材料在不同状态下的压缩缓冲性能进行了表征。分析了压溃预处理、多次抽真空预处理、长时压缩处理等多种处理方式对三聚氰胺泡沫压缩缓冲性能的影响规律。结果表明,随着60%重复正压缩次数增加,泡沫压强-位移曲线逐步滞后;重复正压50次后,泡沫发生9.8%永久塑性变形;负压压溃预处理对泡沫力学性能影响较大,6和8 mm泡沫最大压强分别衰减至64%和66%;长期恒位移压缩两个月后,泡沫压强衰减14.88%。三聚氰胺泡沫压缩试验结果可为后续航天器缓冲材料、缓冲结构的选择和设计提供参考。     

血液及血液替代流体流变特性实验研究

发现和寻找一种透明的、流变特性与血液流体特性很好匹配的血液替代流体进行实验研究是非常迫切和必要的.运用美国brook 公司生产的 PVS Rheometer型旋流变仪对黄原胶溶液流变特性实验发现,黄原胶溶液是一种典型的剪切稀化流体,其剪切应力和剪切速率符合幂律分布;黄原胶溶液浓度越高,其剪切稀化特性越强;黄原胶溶液的表观粘度与溶液温度成反比,与溶液浓度成正比;人体血液的表观粘度介于0.4‰的黄原胶溶液(重量百分比)在温度为20℃和37℃之间的粘度值,在剪切速率介于10s-1~500s-1范围内,人体血液表观粘度随剪切速率的变化过程和0.4‰黄原胶溶液(温度30℃)基本重合.     

喷打用红色陶瓷表面装饰墨水的制备与性能

制备了一种红色陶瓷表面装饰墨水——与传统陶瓷表面装饰的新技术(连续式喷墨打印法)配套的新型墨水。它以陶瓷颜料为基本着色料，用溶胶一凝胶法制备，以连续式喷墨打印墨水的质量标准为参照标准。经测试，所制墨水的电导率、表面张力、粘度等理化性能完全符合喷墨打印墨水的要求，适合用喷墨打印法陶瓷装饰工艺的需要。研究了分散剂、粘接剂、pH值、固含量等工艺因素对该墨水性能的影响。该墨水制成时为墨绿色，经煅烧，各组分反应生成颜料，显现粉红色。     

M46J高模量碳纤维预浸QY8911纤维束性能研究

以航空发动机应用为背景，研究了M46J／QY8911缠绕复合材料的预浸纱制备方法及性能，根据M46J特性，对现有的GB3326中纤维束力学性能测试试样的加强方式进行了改进，制作了M46J浸渍QY8911树脂的纤维束试样并测试其力学性能，同时与M46J浸渍环氧树脂的纤维束的力学性能进行比较，研究表明，不同树脂特性，不同固化工艺以及制造中所施加的张力都会影响到纤维束的纤维利用率。