关于纤维增强复合材料力学性能可设计性的分析

纤维增强复合材料是一种多相结构材料,主要由增强纤维和树脂基体材料组成。其性能可设计性是指可按照设计要求进行选择不同的增强材料和树脂基体材料以及它们的含量和各种铺层形式,可组成具有不同性能的各种复合材料。这给复合材料可设计性提供更大的自由度。该文结合工程应用需要,主要对其力学性能可设计性进行了分析研究。     

A review of friction stir joining of SiCp/Al composites

SiCp/Al composites have excellent comprehensive properties and have been widely used in aerospace, automotive industry and other fields. Due to the huge difference in performance between SiC particles and matrix alloys, traditional fusion welding methods are difficult to meet the join requirements of SiCp/Al composites. Friction stir joining (friction stir welding), as a solid phase joining process, has been proved to be a new technology with fine prospect in joining SiCp/Al composites compared with fusion welding process. Although some progress has been made in recent years, there are still full of challenges. In this paper, the research status of friction stir joining of SiCp/Al composites in recent years is expatiated, including the weldability of SiCp/Al composites, the macrostructure and the microstructure of joints, mechanical properties of joints, and tool wear and monitoring. Furthermore, the existing challenges of friction stir joining of SiCp/Al composites are summarized and the future development directions are prospected.     

装配间隙对顶盖环缝搅拌摩擦焊焊接质量的影响

结合超声波相控阵、金相观察、力学试验分析技术,研究了由于铣切角度不同产生的装配间隙对顶盖环缝搅拌摩擦焊焊缝质量及力学性能的影响。结果显示当铣切角差异带来的装配间隙大于1.30 mm时,焊缝中存在孔洞型体积缺陷,装配间隙越大,缺陷越严重;装配间隙的存在会使得焊缝的致密程度降低,焊缝的延伸率下降,并且在装配间隙大于1.30 mm时,焊缝的抗拉强度会发生大幅度地下降。     

细观力学有限元法预测复合材料宏观有效弹性模量

基于能量等效原理提出了复合材料有效弹性模量的定义，并指出了该定义的基础及前提条件。为从理论上计算复合材料宏观有效弹性模量，建立了通过细观力学有限元法计算复合材料有效弹性模量的方法。复合材料宏观弹性模量，是通过对复合材料细观结构代表性体积元的力学响应的计算来得到，在该计算方法中，给出了施加简便的边界载荷以及恰当的边界变形约束条件的方法。数值计算结果与部分试验结果具有较好的一致性，表明所提出的方法能够较好地计算复合材料的宏观有效弹性模量。     

三维四向编织复合材料的叠层板理论分析

基于经典层合板理论和叠层板模型，建立了一种分析三维四向编织复合材料力学性能的方法。在叠层板模型中，代表性体积单元的厚度为编织复合材料的整体厚度，宽度为一个编织花节宽度，长度为一个编织花节长度，并简化为具有不同材料主方向的单向层板的叠合结构。不同层板间的交叉重叠按各层板性能的体积平均进行简化，同时假设代表性体积单元具有均匀的中面应变和曲率。此外，模型中考虑了编织纱线的排列方式以及表面纱线的影响。理论分析结果与实验值吻合较好。     

求解Euler方程的无网格与有限体积混合算法研究

研究了无网格方法与有限体积法相结合的、求解Euler方程的混合算法.与单一的无网格方法相比较,由于在大部分计算区域采用了有限体积法,使得发展的算法在运算效率上能与有限体积法相当;同时在物体附近嵌入了无网格区,使得在处理几何外形上更具灵活性.有关算法涉及的无网格与网格区域搭接处理,通过在交界面处引入辅助卫星点和网格单元构成边界信息,实现了区域间的流动信息传递.Euler方程的空间导数分别在两区域用有限体积法和无网格法离散近似,时间方向都采用四步显式Runge-Kutta格式推进求解,数值模拟了喷管内流和绕翼型外流,并分别与整体有限体积法和整体无网格方法进行了比较.算例展示出,提出的混合算法能有效捕捉激波间断,且两区域等值线过渡光滑,算法效率如预期与有限体积法相当,表明该方法是可行的.     

NEPE推进剂力学性能与化学安定性关联老化行为及机理

为了剖析NEPE推进剂力学性能老化特性,研究了其力学性能与化学安定性关联老化行为及其机理。力学性能与化学安定性对比以及正交试验结果表明:两者的老化行为存在关联性,且呈“两段式”。通过理化参数与化学安定性对比以及高效液相色谱测试,阐明了关联老化行为的内在机理是:安定剂不断与硝酸酯分解出的氮氧化物反应生成亚硝基产物,抑制硝酸酯的自催化分解,安定剂通过对硝酸酯分解产物的稳定作用而间接地对粘合剂母体起到了稳定作用,从而形成了NEPE推进剂特有的力学性能与化学安定性老化“两段式”关联行为。     

钛合金加强框真空电子束焊接应用研究

钛合金加强框是飞机结构的重要构件,其在框段组合时机械连接与潜弧焊焊接方式均存在不足。真空电子束焊接(EBW)是实现钛合金框段组合的新型制造方式,具有显著优势。采用"积木式方法"展开系列试验研究:首先针对不同热处理制度下的TC4-DT焊接试样进行拉伸试验,通过标的参数对比获取合理的焊后热处理制度;然后通过系列焊接标准试样拉伸试验、断裂韧度试验及裂纹扩展率试验,获取基础性试验数据,并对焊接性能进行判断;最后经过短梁试验、部件试验以及机上应用,完成TC4-DT钛合金加强框EBW工程应用。结果表明:TC4-DT钛合金加强框EBW接头力学性能良好,较机械连接质量收益明显。     

压电阻抗技术监测固体推进剂老化研究

为了进一步研究表面粘贴式的主动传感技术——压电阻抗技术(EMI, Electro-Mechanical Impedance)监测固体推进剂的老化,构建了基于线粘弹杆结构的一维机电耦合模型,根据粘弹性波的理论与边界条件进行分析,建立一种线粘弹结构动态模量与其机械阻抗的表征关系,并对构建的机电耦合阻抗模型进行了数值计算及试验验证。针对HTPB固体推进剂开展高温热加速老化试验及压电主动激励试验,根据监测所得导纳频谱并通过提取结构机械阻抗进行分析,结果表明:压电陶瓷片与推进剂结构在高频机电耦合运动时(300kHz,280kHz)有明显的共振现象,结构固有频率高于机电耦合共振频率,并且在200kHz～400kHz频段与700kHz～900kHz频段内,结构机械阻抗频谱峰值会因固体推进剂的热老化时间增长而降低,且与热老化时间之间满足线性关系。由此可见,压电阻抗法能够与固体推进剂在力学性能上建立表征关系,通过得到固体推进剂结构机械阻抗能够监测其老化损伤。     

不同酚醛树脂对芳纶纸蜂窝性能的影响

为研究酚醛树脂对芳纶纸蜂窝性能的影响,本文采用两种不同的酚醛树脂制备芳纶纸蜂窝芯材,对所制备蜂窝芯材的压缩性能和剪切性能进行测试,同时结合蜂窝端面树脂分布观察、树脂与芳纶纸接触角测量等方法,分析了两种树脂所制备蜂窝芯材性能出现差异的原因,结果表明：树脂中溶剂水的挥发速度、树脂与芳纶纸之间的表面张力会影响树脂在蜂窝壁上的树脂分布;蜂窝芯材树脂含量相同时,其节点两侧的树脂胶柱有利于提高蜂窝芯材压缩强度,但树脂堆积在节点后会降低蜂窝壁厚,造成蜂窝的剪切强度和模量下降。