适合航空航天用SiCp/Al复合材料的性能

采用粉末冶金法制备了Φ300 mm的15%(体积分数)SiCp/A l复合材料坯锭,研究了热挤压、锻造后的材料力学性能以及断裂特点。结果表明,该材料的弹性模量在97 GPa、拉伸强度保持在550 MPa的水平下,延伸率仍高达7%左右,旋转弯曲疲劳强度在250~290 MPa范围内,断裂韧性为25 MPa.m1/2,冲击韧性为62.5 kJ/m2。与棒材挤压态相比,T4态复合材料拉伸强度和屈服强度分别提高66.7%和100%,但塑性保持在同一水平。断口观察表明,挤压态复合材料以基体韧性断裂为主要形式,而T4态复合材料除了基体韧性断裂外,还存在SiC颗粒断裂现象。挤压棒材锻造后有利于提高材料的横向强度。     

微孔贯通机制的韧性多裂纹扩展研究

拉伸载荷作用下,裂尖附近具有较高的应力三轴度,微孔洞体积扩张及随后内部韧带颈缩是主导韧性裂纹扩展的细观机制。为基于微孔洞损伤机制模拟裂纹扩展,需要建立合理的孔洞贯通准则。基于三维体胞分析,建立了2524-T3铝合金的宏观等效应变失效准则。通过假设孔洞在贯通前保持球形扩张,将塑性极限载荷准则推导为仅依赖于宏观应变的形式。这两种准则分别与Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)模型结合在一起,形成了GTN-E及GTN-L模型,对2524-T3铝合金薄板中的韧性多裂纹扩展过程进行了模拟。模拟结果与试验结果的对比表明,可以有效地分析韧性多裂纹的扩展连通过程。     

航天器冲击防护用热塑性仿生复合材料的弯曲性能研究

模仿自然界中甲壳类动物外骨骼内的螺旋铺层微结构,采用3D打印制备得到螺旋铺层仿生复合材料,分析其在三点弯曲载荷下的力学性能并与工程中常见的准各向同性复合材料进行对比。实验结果显示：仿生复合材料的弯曲性能及失效形式明显区别于传统铺层方案,在弯曲载荷下不易产生分层,结构可在受损伤条件下较长阶段内保持一定的承载能力。结合裂纹扩展过程中对裂纹形貌的显微观察,进一步揭示了该仿生复合材料强韧性的机理。研究结果可为该种仿生复合材料的工程应用提供参考。     

单轴非线性连续疲劳损伤累积模型的研究

首先在连续疲劳损伤理论的基础上,根据疲劳损伤过程中金属材料韧性的变化特点,建立一种新的非线性疲劳损伤累积模型。该模型考虑了疲劳极限、平均应力以及损伤参量与加载参数的不可分离的特点,并且能够反映出加载顺序的影响。然后推导出该疲劳损伤累积模型在多级加载下的递推公式。经３种金属材料的疲劳试验数据验证结果表明,用该模型预测疲劳寿命,其结果令人满意的。     

环氧—聚醚砜体系及其增韧机理的研究

本文研究了聚醚砜增韧酚醛环氧树脂Ｆ－５１的共混体系，选用的固化剂是催化型ＤＩＣＹ或反应型ＤＤＳ。实验结果表明，Ｆ－５１／ＤＩＣＹ／氯脲／ＰＥＳ、Ｆ－５１／ＤＤＳ／ＤＤＭ／ＰＥＳ增韧效果明显，而Ｔｇ没下降。并借助ＳＥＭ发现了该增韧体系独特的相结构。     

Al—Li—Cu—Mg—Zr合金的断裂形态和断裂韧性

采用单边缺口三点弯曲试样测定了Al-Li-Cu-Mg-Zr合金的断裂韧性。还测量了拉伸性能和硬度。着重分析了裂纹形态和断口形貌。讨论了裂纹偏斜和分叉对裂纹尖端的屏蔽作用,分别计算了本征的和非本征的断裂韧性值。     

Cr12MoV钢制柱塞裂纹萌生断裂破损的原因分析

本文分析了燃油泵Cr12MoV钢制柱塞裂纹萌生断裂破损的原因,观察了裂纹断裂破损处形貌特征、显微组织和化学成分、显微硬度测量,分析了其接触疲劳韧性损伤的原因,研究消除裂纹萌生断裂破损的相关工艺方法。结果表明柱塞显微组织和综合性能得以改善和提高。     

非耦合韧性断裂准则及其在航空金属材料中的应用

结构轻量化是航空航天和汽车领域的重要发展趋势,对以铝合金、镁合金和钛合金为代表的轻质高强金属材料的需求与日俱增。预测材料的损伤断裂行为是高性能航空构件成形工艺设计和服役性能评估的关键,而发展先进的韧性断裂准则是其主要途径。本文首先介绍了金属材料损伤断裂的微观机制,包括剪切和压缩应力主导的剪切型断裂、拉应力主导的拉伸型断裂及复合型断裂。回顾了韧性断裂准则的研究现状,传统非耦合韧性断裂准则的发展历程、特点和适用场合,重点论述了近年来几种典型的非耦合韧性断裂准则的特点和优势。传统的非耦合韧性断裂准则通常只考虑最大主应力或平均应力对损伤断裂的影响,忽略了偏应力的作用,不适合于低应力三轴度或复杂应力状态下的断裂行为预测;而新的韧性断裂准则综合考虑应力三轴度和罗德角参数对损伤演化的共同影响,适用于复杂的应变路径和应力状态。最后,评述了非耦合韧性断裂准则在铝合金、镁合金和钛合金等航空金属材料中的发展现状和典型应用,展望了韧性断裂准则的发展趋势和研究方向。非耦合韧性断裂准则需针对先进结构金属材料的变形特点,综合考虑应力状态、应变速率、温度及各向异性等对损伤断裂的作用,使其具有更好的普适性和预测精度。     

3238树脂及其改性

 采用芳香二胺对3238韧性中温固化环氧树脂体系进行了改性。通过芳香二胺和环氧树脂预先反应,消除了芳香二胺对中温环氧树脂的固化及工艺的影响,改性前后差示扫描量热法（DSC）初始温度和峰顶温度的差别仅有3 ℃,最终固化程度的差别也仅有1%。通过芳香二胺刚性结构的引入,由于芳香二胺和环氧树脂的交联密度高于双氰胺环氧树脂体系,因此引入芳香二胺刚性结构提高了3238树脂的耐热性,干态玻璃化转变温度提高了29 ℃,且纯固化后树脂吸湿量降低了0~34%,湿态玻璃化转变温度提高了46 ℃。改性后树脂可能形成了高低交联密度区,产生了固化物交联状态的不均匀,在提高树脂体系耐热性能的同时,保持其原有的韧性,树脂浇注体的拉伸应力应变曲线呈明显的塑性变形,拉伸断裂伸长率达5~31%,复合材料的断裂韧性达1 133 J/m²。