基于XFEM-CZM耦合法的胶接接头裂纹扩展分析及强度预测

采用扩展有限元法（XFEM）和内聚力模型（CZM）相耦合的方法,分析胶接接头胶层内部裂纹扩展、界面脱粘分层现象。采用内聚力单元和内聚力接触描述胶层/板材界面,建立单/双搭接接头有限元模型。预测拉伸载荷下接头的强度性能并与已有试验数据对比分析,验证XFEM-CZM耦合法的可行性及内聚力单元和内聚力接触2种界面建模方法的有效性。模拟裂纹从胶层内部扩展至胶层/板材界面并引起界面脱粘分层的过程,分析其损伤失效机理。讨论初始裂纹长度和界面刚度、强度及应变能释放率对胶接接头强度性能的影响。结果表明:胶接接头强度随初始裂纹长度增加而降低,且在双搭接接头模型中表现更为明显;界面刚度、强度对胶接接头强度影响较大而应变能释放率的影响较小。      

植物纤维水泥复合材料复合机理

一年生植物纤维水泥复合材料是一种具有广阔应用前景的新型复合材料。它是以一年生植物──农作物秸杆（碎料）为增强纤维，水泥为基体（并起粘结剂作用），经特定工艺成型的复合材料。本文从复合材料力学的观点出发，对这种复合材料的复合机理，包括其增强相、基体相、界面相及其复合效果等方面进行了研究。结果表明：在添加剂的成功使用下，一年生植物纤维和水泥取得了良好的界面复合效果，其主要力学性能已达到或超过了与之相似的木质水泥刨花板。     

动力涡轮转子结构系统力学特性稳健设计方法

航空涡轴/涡桨发动机动力涡轮转子是典型多支点支承、具有连接界面、质量/刚度分布不均匀的高速柔性转子系统,其连接结构力学特性和支承刚度的分散性可导致转子系统动力特性恶化。针对典型动力涡轮转子结构系统,指出不可恢复滑移、疲劳、摩擦等连接界面接触损伤是连接结构力学特性产生分散性的内在原因,提出了接触状态系数、接触应力、不可恢复变形能和接触摩擦功等工程适用的定量评估参数。通过对多支点柔性转子-支承系统临界转速分布及其对各支点支承刚度敏感度的影响规律分析,提出了基于支承刚度低敏感区择优的动力特性稳健设计方法,所提方法提高了转子结构系统的稳健性。      

偶联涂层处理对APMOC/环氧复合材料层间剪切性能的影响

介绍了溶剂、硅烷偶联剂浓度、含胶量等对APMOC/环氧层间剪切强度(ILSS)影响的研究结果,并初步探讨了其改性机理和涂层厚度控制的一些问题。     

先进表面活化剂改性胶接界面的技术研究

主要介绍了胶接技术的原理和如何采用表面活化剂(改性硅烷类偶联剂)对胶接界面进行活化,并对金属与复合材料胶接和金属与金属胶接性能受表面活化剂的影响进行了试验和分析,结果表明胶接界面采用表面活化剂后对胶接强度有很大的提高,已在某型号飞机典型零件上进行了验证.     

未老化NEPE推进剂/衬层粘接试件拉伸失效模式研究

采用原位拉伸扫描电镜观测不同温度下NEPE推进剂/衬层粘接界面裂纹扩展规律,得出不同温度下裂纹产生位置均出现在推进剂和衬层连接处,且裂纹的扩展存在相互竞争关系;粘接性能较好时,粘接界面的好坏主要取决于推进剂/衬层界面附近推进剂性能。重点考察了会引起推进剂"脱湿"的HMX界面,利用纳米压痕仪及动态力学实验,得出当推进剂中含NPBA时,HMX周围存在一高模量层,且该高模量层的动态储能模量与温度呈反向关系。该高模量层的存在或消失会引起推进剂在宏观性能上发生变化,进而影响推进剂/衬层试件宏观力学性能。     

热循环对金带微电阻点焊接头连接界面及抗拉力的影响

针对金带/陶瓷基板镀金层组合互连结构,制备单面微电阻点焊焊点,在模拟空间环境温度交替变化的条件下,即-65℃～150℃,温度转换时间1分钟,高低温保温时间各15分钟,进行500次的热循环试验。借助聚焦离子/电子双束电镜和拉力测试机,研究焊点的微观界面、断裂模式及抗拉力,分析有无热循环焊点连接界面变化机理及焊点的可靠性。结果表明,热循环过程中,焊点连接界面上未紧密接触的孔洞,在畸变能差驱动的界面扩散作用下,从孔颈处开始接触并发生原子结合,尺度减小。未经热循环焊点和经历了热循环试验的焊点,断裂模式均为金带颈部断裂,平均拉力值变化不超过10g,其差异主要由热循环试验热应力对金带的损伤程度不同引起。在模拟空间环境热循环试验条件下,金带/陶瓷基板镀金层组合互连结构单面微电阻点焊焊点具备高可靠度。     

ZL104局部阳极氧化工艺研究

研究了铝合金材料阳极氧化理论以及ZL104铝合金材料局部硫酸阳极氧化处理后膜层粘脱现象产生的原因与机理,指出了该现象产生的原因是氧化膜在贮存、水试等环节受到污染而使氧化膜的封孔结构被破坏.根据理论分析和模拟试验结果,提出了局部阳极氧化前增加水封闭处理对氧化膜进行修复的工艺技术.该项技术可有效杜绝氧化膜层粘脱现象.采用该项工艺技术制造的液体火箭发动机已经用于常规运载火箭系统,该运载火箭已经完成飞行任务考核.