航空高强度碳纤维单向层合结构复合材料在切削过程中的各向异性行为研究

单向层合结构的高强度碳纤维增强树脂基复合材料已逐渐发展成为航空承力结构件的主要材料,相关的切削加工需求也越来越多。由于显著的各向异性,单向层合结构的碳纤维复合材料易在切削加工中形成缺陷,难切削加工性明显。采用直角自由切削试验的方法,得到了T700航空高强度碳纤维单向层合结构复合材料在不同纤维方向角下的切削力、切削比能、切削温度、切削加工表面。基于试验结果讨论了碳纤维单向层合材料在切削过程中力热行为的各向异性,得到了不同切削参数条件下的切削比能图谱以及碳纤维复合材料的切削热源和传导模型。通过扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)分析了典型切削加工表面的特征,得到了不同纤维方向下的表面形成规律。     

Mg，RE(La，Ce)的添加对热浸镀55%Al-Zn-1.6%Si涂层耐蚀性影响

采用热浸镀的方法,通过改变Mg,RE的添加量来制备不同成分合金涂层。通过扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)、盐雾实验、腐蚀失重测试来分别研究Mg,RE添加量对55%Al Zn 1.6%Si Mg RE合金涂层耐蚀性的影响;并通过对最佳成分的合金涂层电化学测试和X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)物相分析,与55%Al-Zn-1.6%Si进行对比,判断其腐蚀机理。实验结果表明：Mg能细化晶粒,强化晶界,1.5%Mg添加量耐蚀性最为优异;RE可以减小熔液表面张力,细化晶粒,提高耐蚀性,0.12%RE添加量较为合适;Mg和RE的加入使涂层中Al发生了择优取向,使涂层中的择优晶面的数量减少,涂层表面电位趋于均匀化,微电池腐蚀的驱动力变小,从而导致了涂层的腐蚀速度降低,在腐蚀溶液中耐蚀能力增强,55%Al-Zn-1.6%Si-1.5%Mg-0.12%RE合金涂层的自腐蚀电位为-0.983 V,自 腐蚀电流密度仅为16.91 μA/cm2。     

大曲率复合材料结构的缺陷特征与超声检测

采用超声回波法对大曲率碳纤维增强树脂基复合材料零件进行超声A 扫描,并对缺陷进行定位。结合缺陷区域和非缺陷区域的细观形貌金相图、宏观表面状态以及厚度测量结果的对比分析,讨论了缺陷形态与其回波波形特征的对应关系,以及缺陷可能的形成原因。结果表明,缺陷在细观尺度上呈现多处分层、气孔和孔隙密集缺陷,在宏观尺度上表现为零件表面贫胶与厚度增厚。缺陷的性质与超声A扫描的检测结果相吻合,缺陷的位置集中在零件大曲率部位,其形成原因与复合材料制造工艺密切相关。     

光学傅里叶变换轮廓术的新型改进方法

针对传统光学傅里叶变换轮廓术(FTP)在测量表面形状复杂、曲率较大的物体时其条纹频谱存在混叠,无法获得被测物体表面准确的轮廓信息这一缺陷,在总结分析了窗口FTP、伸缩窗口FTP的基础上,提出了自适应窗口FTP.并对这3种改进型FTP的测量精度作了对比分析,证明自适应窗口FTP的测量精度最高,比传统FTP提高了近100倍.改进后的FTP可广泛应用于工业、生物医学、航空航天等领域.     

双模量泡沫材料等效弹性模量的细观力学估算方法

目前常用的泡沫材料力学模型均不能反映出该材料的拉压双模量效应。因此,本文在分析泡沫材料拉、压变形力学机制的基础上,建立了一种可以反映泡沫材料拉压双模量效应新的细观力学模型,分别推导了泡沫材料等效拉伸和等效压缩Y oung′s模量的估算公式。此外,本文通过泡沫材料的单向拉伸、压缩试验,完成了泡沫材料拉压双模量效应的试验验证。估算公式的预测与试验结果的比较表明:理论估算公式的计算结果满足工程所要求的精度。     

纱线规格对3D机织复合材料拉伸性能的影响

为研究纬纱规格对3D层-层斜纹机织复合材料细观结构和力学行为的影响,开展了系统的实验研究。采用光学显微镜观察了不同纬纱规格复合材料的细观纱线结构变化。开展了不同纬纱规格复合材料的拉伸实验,采用数字图像相关法获得了拉伸试样的表面应变场,结合断口形状分析了复合材料的拉伸失效机制。研究表明,随纬纱规格增大,经纱卷曲率增大,经向纤维体积分数减少,经向拉伸力学性能减弱;纬纱卷曲率减小,纬向纤维体积分数增大,纬向拉伸力学性能增强。此外,3D机织复合材料拉伸应力-应变曲线表现出了明显的“台阶”效应,承载纱线的卷曲率越大,“台阶”效应越明显。     

超声滚压技术在表面强化中的研究与应用进展

超声滚压加工是一种复合特种加工技术,其综合了传统滚压和超声加工的材料去除方式,在增加残余应力提高表面完整性、抗疲劳、抗腐蚀、耐磨损等方面具有显著的优势。自该技术应用至今,国内外学者做了大量有关超声滚压工艺及机理方面的研究,并在多种重要金属材料及关键零部件中应用。本文首先总结了国内外滚压装置的发展现状;其次论述了超声滚压机理研究的主要方法（理论法、有限元法和实验法）研究进展,指出以上3种方法的优缺点及待解决问题;随后总结了超声滚压对表面完整性（包括微观结构、表面形貌、微观硬度、残余应力）的影响规律,超声滚压对提高抗疲劳特性及其他性能影响,并指出超声滚压目前存在的不足及尚待解决的问题;最后就超声滚压技术进一步研究和发展方向进行展望,从而为曲面的超声滚压制造提供一定的参考。     

M-型皱褶芯材弹性常数的细观力学模型

研究了皱褶芯材的几何特征和承力特性，给出了其当量弹性常数求解的细观力学模型。该模型采用材料力学的方法推导出了M-型皱褶芯材的当量密度ρ、当量线弹性模量Ez和当量剪切模量Gyz，为皱褶夹芯结构的优化设计和皱褶芯材夹芯板的力学性能计算奠定了基础。     

三维机织复合材料的细观力学分析

建立了一种三维机织复合材料的细观力学模型。模型包括两相：一相为纤维束，另一相为基体材料或横向的纤维束。该模型考虑了纤维束弯曲所引起的附加剪切。讨论了根据织造参数确定机织复合材料细观结构的方法。将上述理论用于一种实际的碳／环氧三维机织复合材料的分析，研究了细观应力分布的特点，并用平均化方法得到了材料宏观的模量，分析结果与试验数据吻合良好。     

三维编织复合材料细观结构参数对有效弹性模量影响

应用细观力学方法对三维编织结构复合材料的有效性能进行预测是研究编织复合材料宏观性能的重要途径。细观结构参数决定编织体内纤维束的结构形态特征及复合材料的各种性能。根据作者提出的三维四向编织复合材料代表单元模型 ,文章应用选择平均法 (SAM)详细的分析了主要细观结构参数(单步步长、纤维束弯曲半径 )与编织体有效弹性模量之间的变化关系 ,分析了细观结构参数对编织体有效弹性模量的影响 ,为材料优化设计奠定基础