Adiabatic demagnetisation refrigerators for future sub-millimetre space missions

Space worthy refrigeration capable of providing a 100 mK and below heat load sink for bolometric detectors will be required for the next generation of sub-millimetre space missions. Adiabatic demagnetisation refrigeration (ADR), being a gravity independent laboratory method for obtaining such temperatures, is a favourable technique for utilisation in space.We show that by considering a 3 salt pill refrigerator rather than the classic single salt pill design the space prohibitive laboratory ADR properties of high magnetic field (6 Tesla) and a<2 K environment (provided by a bath of liquid⁴He) can be alleviated, while maintaining a sufficient low temperature hold time and short recycle time. The additional salt pills, composed of Gadolinium Gallium Garnet (GGG) provide intermediate cooling stages, enabling operation from a 4 K environment provided by a single 4 K mechanical cooler, thereby providing consumable free operation. Such ADRs could operate with fields as low as 1 Tesla allowing the use of high temperature, mechanically cooled superconducting magnets and so effectively remove the risk of quenching.We discuss the possibility of increasing the hold time from 3 hours, for the model presented, to between 40 and 80 hours, plus reducing the number of salt pills to two, through the use of a more efficient Garnet.We believe the technical advances necessitated by the envisaged ADRs are minimal and conclude that such ADRs offer a long orbital life time, consumable free, high efficiency means of milli-Kelvin cooling, requiring relatively little laboratory development.     

复合材料结构设计的使用安全系数

 飞机结构设计使用安全系数的研究已有50多年的历史。虽然美国在1934年以后定安全系数为1.5,各发达国家也都先后统一为1.5,但由于航空科技的发展,使用材料的变化,这个问题一直争论到现在。 本文从飞机结构设计安全系数的发展历史及其变化根据出发,阐述其选用的原则,并结合当前碳纤维增强树脂基复合材料在航空结构上的应用情况,提出安全系数选用的一些分析和看法。     

连续纤维增强金属基复合材料涡轮轴结构承扭特性分析

为实现对该类复合材料部件结构完整性的设计分析,以连续纤维增强复合材料轴结构为研究对象,对比分析4种细观力学模型计算连续纤维增强金属基复合材料的力学性能参数;在此基础上,采用RVE(代表体积元)有限元模型计算的复合材料力学性能参数作为输入,建立连续纤维增强金属基复合材料轴结构力学分析模型.计算与对比分析不同材料方案下纤维增强金属基复合材料轴结构在扭转载荷作用下的变形量及承扭能力,当纤维体积分数一定时,方案4的变形量最小,方案2的临界屈曲转矩最大.      

聚合物PA66直至断裂的全程单轴本构关系研究

基于有限元辅助测试方法(Finite element aided testing,FAT)对新型聚合物PA66开展了直至破坏的全程单轴本构关系的研究。另外,将VIC-3D光测所得的试样表面应变场结果与有限元模拟结果进行对比,表明通过FAT方法获得的聚合物PA66全程单轴本构关系结果准确有效。最后给出了聚合物PA66的全程单轴本构关系曲线,给出了对应Chaboche本构关系模型的参数、材料临界破断应力、破断应变、应力三轴度等,并对试样的破断机理进行了分析。     

复合材料布带缠绕成型压力控制技术

复合材料布带缠绕成型过程中的压力波动会影响制品的致密度和均匀度,同时会造成缠绕制品的界面强度及纤维体积分数不一致。芯模的圆度误差和安装误差会导致压力波动,气体的可压缩性、比例阀的死区效应、阀的流量非线性、气缸摩擦力及测量噪声会对缠绕压力控制造成非线性干扰。因此,设计了自适应灰色预测模糊PID控制器,通过对气缸输出缠绕压力的灰色预测,正确反映了压力信号的变化趋势,为模糊PID控制的推理提供了可靠依据。同时,采用两个独立的模糊推理系统来调节预测控制的步长和步长自整定算法的比例因子。仿真分析和实验结果表明：相比于传统PID控制,采用自适应灰色预测模糊PID控制使缠绕压力的稳态误差减小了62%,超调量减小了80%,有效提高了复合材料缠绕成型压力控制系统的稳定性。     

不同介孔结构的SiO2 对PMMA 性能的影响

分别采用二维六方孔结构SiO2(SBA-15) 和蠕虫状孔结构SiO2(MSU-J) 与MMA 原位聚合制备

介孔SiO2 / PMMA 杂化材料。采用XRD、N2 吸附-脱附、SEM、DSC 和TGA 等方法研究了材料的微观结构、力学

性能、热性能和介电性能。结果表明:介孔SiO2 对PMMA 有增强增韧作用,同时也有利于杂化材料热性能和介

电性能的提高。杂化材料的热稳定性和耐热性均高于PMMA,含4wt% 的SBA-15/ PMMA 和7wt% 的MSU-J/

PMMA 杂化材料的介电常数由2. 91 分别降至最低2. 73 和2. 64。

     

异种高强铝合金间搅拌摩擦焊接头组织与性能研究

通过搅拌摩擦焊接技术成功连接了两种应用于航天工业的铝合金2195-T8和2219-T87。实验中固定焊接转速,研究了焊缝组织和力学性能随焊接走速的变化关系,发现焊核区上部异种材料间有明显界面,且该界面形貌受焊接走速影响剧烈。同时在焊接速度较高时,发现一种新的搅拌摩擦焊接接头的断裂模式。此种断裂模式与焊核区上部形成的异种材料间界面形貌和冶金结合强度有关。本文探讨了其产生原因及其对接头力学性能的影响。     

激光与金属材料相互作用的热效应分析

激光与金属材料相互作用的热效应是激光束辐照材料后发生的主要物理现象之一.激光加热使材料温度急剧上升,很快达到材料的熔点.通过使用商业CFD软件FLUENT数值模拟激光辐照金属材料的相互作用,并在一定的假设和边界条件下得到金属材料未熔化之前温度场沿径向和轴向分布情况、气流最高温度的变化和位置的转移、氧化反应和对流换热对热效应的影响.     

材料科学与工程的新时代

论述材料科学与工程“四要素”,它包含成分(组成)与结构、合成与加工、性质和服役行为.“四要素”的提出结束了材料发展的混沌状态,弥合了理论和技术产业脱节,获得极限固有性能的可靠材料,推动了先进材料大发展.提出材料科学与工程的“两个全过程”概念,即材料研制全过程和材料应用研究全过程,唯有做好两个全过程工作,才能保证获得具有极限固有性能和极限服役性能的可用可靠材料,促进“材料科学与工程”进入一个新时代.对材料科学与工程进行“两个全过程”研究,成就中国成为材料强国.     

弹黏塑性材料稳恒扩展II型裂纹尖端应力场

采用弹黏塑性力学模型,对II型动态扩展裂纹尖端应力场的对数奇异性,进行了分析计算。详细地分析了黏性系数α、马赫数Ma²对裂纹尖端的应力场影响。指出了对数奇异性区域存在的问题,解释了过渡区的成因,对过渡区尖端场解的形式和求解方法做了合理的推测。