CF/PEEK超声原位固结铺放及其复合材料力学性能

热塑性复合材料自动铺放（ATP）原位固结成型是未来航空复合材料结构件的发展趋势,缩小其制件与热压制件性能的差距具有工程实践意义。基于超声原位固结成型工艺,制备碳纤维增强聚醚醚酮树脂基复合材料（CF/PEEK）层合板,并与铺放后热压和直接平板热压试样比较力学性能差异,为热塑性复合材料的自动铺放提供参考。结果表明,超声热源能够满足CF/PEEK铺放的能量要求,功率的增加和铺放速度的降低有利于铺层结合;与平板热压试样相比,铺放成型试样的孔隙率高,纤维存在部分损伤;在节省了平板热压后固化周期的情况下,超声铺放单向层合板试样拉伸强度、拉伸模量和层间剪切强度分别为1.32、113.8 GPa和39.2 MPa,达到了直接热压试样的80.4%、84.8%和65.1%,在经过热压后固化后,分别提高到直接热压的92.1%、92.6%和82.5%。超声原位固结成型试样的简支梁摆锤冲击失效形式为分层,其经过热压后,孔隙率下降,铺层结合强度提高,试样的冲击失效形式为断裂,与直接热压的相同。     

微细旋转超声加工材料去除机理及试验

文摘分析旋转超声加工材料去除机理,建立材料去除效率模型,探讨工艺参数对加工效率的影响规律;对压电陶瓷、有机玻璃、玻璃钢、紫铜等多种材料,进行单一超声和旋转超声加工材料去除效率对比试验,研究旋转超声加工方式对加工过程稳定性及加工效率的影响。结果表明:旋转超声加工可在保持原超声加工精度基础上,显著提高材料加工效率,且对较难超声加工材料(如有机玻璃),旋转超声提高其加工效率的效果更为显著。     

碳纤维复合材料层板冲击损伤的空气耦合兰姆波成像检测

非接触式超声兰姆波方法能够对大面积复合材料板材进行快速检测,在自动成像检测上有着突出的优势。针对碳纤维/树脂基复合材料(CFRP)层压板采用空气耦合超声探头激励出A0模态兰姆波。在含冲击损伤的层板试样的同一侧激发和接收兰姆波进行扫描检测,针对冲击损伤区域以互相正交的两个方向进行兰姆波扫查,获得了不同位置的检测信号。对比在有无缺陷处板材中兰姆波传播信号的特征,对采集信号进行频域分析,以无缺陷处信号值为基准,利用信号差异系数(SDC)作为特征值,将扫查信号数据采用特征值全加和全乘的数据融合方法进行了缺陷形貌重构成像。成像结果能够良好的体现出冲击损伤的位置和两个方向的尺寸大小。     

旋转超声钻削碳纤维复合材料钻削力和扭矩的研究

针对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)加工过程中的问题,对金刚石套料钻旋转超声钻削CFRP-T700型复合材料展开了研究。研究发现,钻削力随主轴转速的增加具有减小的趋势,而扭矩则随着主轴转速的增加,呈现增大的趋势;与传统加工相比,旋转超声振动钻削可降低切削力及扭矩达56.6%和39.1%,有效抑制加工缺陷的产生。初步建立了切削力和扭矩之间的数学模型,并通过试验对切削力和扭矩之间的比例常数k加以验证。研究结果表明,旋转超声钻削CFRP在降低切削力和扭矩方面有较大优势。     

多层包覆质量超声图像诊断系统研制

针对机载固体火箭发动机多层复合结构粘接质量检测问题,利用聚焦探头双模式检测方法,研制开发了一套适合直径90~250mm,最大长度2000mm,且圆柱表面有凸起物的各种空-空导弹火箭发动机多层包覆质量自动超声图像诊断系统。可通过一次C扫描获得多层包覆不同界面粘接质量诊断图像,其脱粘检测分辨力不大于5mm。     

地球敏感器探头失效的日月干扰保护方法研究

由于GEO卫星空间轨道的特点,红外地球敏感器一定时期会受到来自太阳和月亮的红外干扰辐射。一般情况下,星上可以自主保护受干扰的探头;但当某地敏探头失效时,星上将无法自动进行保护。针对该问题,提出地敏探头失效下的星上自主姿态控制和地面姿态控制2种地敏管理方法,着重研充了地面姿态控制的2种日月干扰保护方法。目前,地面姿态控制方法已应用于在轨运行的GEO三轴卫星,并取得了良好的控制效果。     

钛合金椭圆超声振动辅助切削表面质量仿真研究

椭圆超声振动辅助切削（EVAM）技术是提高难加工材料加工质量一种有效的加工方法。建立超声振动有限元模型研究超声振动参数（频率和振幅）对Ti6Al4V加工残余应力和表面形貌的影响规律。有限元分析结果表明,超声振动切削可以增大工件的最大残余压应力分布深度,但会恶化工件表面形貌完整性。Y方向振动对工件表面的脉冲冲击载荷有利于增大工件的残余压应力场。工件表面形貌完整性随着振动频率和X方向振幅增大逐渐改善,随Y方向振幅增大逐渐恶化。提高振动频率和振幅均有利于工件表面残余压应力的形成,从而有利于提高工件的加工质量。     

超声红外热像技术发展现状及其在航空材料缺陷检测中的应用

超声红外热像技术兼具缺陷定位精准、热像信噪比高、材料适用范围广等特点,在航空材料检测方面已有不俗表现,主要应用于发动机叶片、起落架、机翼、蜂窝夹层等关键部件和结构的缺陷检测。在简要介绍超声红外热像技术原理与系统组成的基础上,从振动特性、生热特性、仿真建模、检测条件、热像处理与缺陷识别、缺陷可检测性和应用试验7个方面概括其主要发展历程,总结技术特点。重点针对航空金属结构材料缺陷和复合材料缺陷检测的应用进行了详细论述。归纳了超声红外热像技术的未来发展趋势,为其在航空材料检测方面的研究应用提供一定的参考借鉴。     

基于激光超声的金属增材制造在线检测技术研究

针对航空航天等高精尖领域亟待解决的金属增材制造过程冶金质量在线实时检测与评价问题,概述了金属增材制造超声在线检测技术的国内外研究现状及进展;重点介绍了自主研制激光超声多冶金特征同步在线检测系统的设计原理及组成;并采用该系统对激光增材制造工件组织晶粒度及表面缺陷特征进行检测试验研究。首先基于激光超声纵波回波信号中心频率偏移实现了激光熔融沉积TC4/B4C复合材料中具有择优晶体取向的粗大α相晶粒团簇尺寸的定量评价;随后对激光熔融沉积AlSi10Mg铝合金表面缺陷进行检测,对扫描检测幅面内各测量点进行多次激励求平均,并结合改进小波阈值和变分模态分解两步降噪处理提高在线实时检测信号信噪比,基于表面波信号能量变化实现了0.5 mm孔洞和0.5 mm宽水平裂纹的可视化成像。     

超声振动辅助电火花微孔加工研究进展

超声振动辅助电火花（UVE）微孔加工作为一种特种复合加工技术,是提高难加工材料微孔加工性能的有效途径之一。在UVE微孔加工中,根据超声振动作用形式不同,可分为电极振动、工件振动和工作液振动3种微孔加工方式。电极振动的UVE微孔加工中,超声频率一般为20～40kHz,超声振幅为5μm左右,材料去除率可提高40%～60%,可加工深径比最大接近30的微孔。工件振动的UVE微孔加工中,超声频率大多小于30kHz,超声振幅小于10μm,材料去除率可提高40%左右,微孔锥度降低30%左右。工作液振动的UVE微孔加工中,超声频率一般大于40kHz,超声振幅大于5μm,材料去除率最大可提高33倍,孔壁粗糙度可达Ra0.2μm。对3种类型的UVE微孔加工的研究成果进行了总结与分析,探讨了3种类型的UVE微孔加工机理以及存在的问题,对比了3种振动类型的UVE微孔加工特点以及适用范围,并对UVE微孔加工发展趋势进行了展望。