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  • 主管:中国航天科技集团有限公司
  • 主办:航天材料及工艺研究所
  • 主 编: 周延春
  • 编辑部主任:李洪泉
  • 编辑出版:《宇航材料工艺》编辑部
  • 地址: 北京9200信箱73分箱
  • 邮编:100076
  • 传真:010-68383237
  • 电话:010-68383269
  • 发行范围:公开
  • 定价:20.00元/期
  • 国外发行定价:20.00美元/期
  • 国际刊号:1007-2330
  • 国内刊号:11-1824/V

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  • YHCLGY
  • 2019年 第49卷 第3期
  • 出刊日期:2019-06-28

创刊于1971年,是经国家科委和国家新闻出版署批准出版的国家级科技期刊,中国科技论文统计源期刊,中国中文核心期刊,国内外公开发行。本刊由航天科技委员会材料工艺专业组、中国宇航学会材料工艺专业委员会、航天材料及其应用专业信息网和航天材料及工艺研究所共同主办,在航天系统和国防科技期刊评比中多次获优秀期刊奖。

详细信息

2019年第49卷第3期

(下载当期目录)

    综述
  • 双组元液体火箭发动机推力室材料研究进展
    王娜,李海庆,徐方涛,阴中炜,张绪虎
    针对双组元液体火箭发动机,综述了难熔金属材料、贵金属材料、高性能复合材料三大推力室材料体系的研究进展,介绍了三大体系材料主要的制备技术和应用,讨论了使用局限性,并对推力室材料的发展趋势进行了展望。
    2019  .  49(3):    1-8    [摘要](173)    [PDF](152)
  • 铁氧体吸波复合材料研究进展
    祁亚利,殷鹏飞,张利民,李宁
    简单介绍了铁氧体吸波材料的吸波机理,并详细阐述了近年来单一铁氧体、碳基铁氧体、聚合物/铁氧体、生物基铁氧体复合材料的研究成果。指明未来铁氧体吸波材料将以“薄、轻、宽、强”为目标,朝着结构多样化、成分复合化、各组分机理协同化、吸波频段自适应可调化及环保化方向发展。
    2019  .  49(3):    9-14    [摘要](129)    [PDF](226)
  • 计算材料学
  • 高温基线密封编织弹簧管的建模与仿真
    巴全坤,王维民,姜鑫,张登鹏
    为了研究高温基线密封中的编织弹簧的回弹特性,参照Pierce线圈模型对编织弹簧管进行参数化建模。采用有限元软件对编织弹簧管进行静力学仿真,对比有限元计算结果与实验数据,接触面摩擦因数为0.1时仿真结果与实验结果吻合较好。弹簧刚度对线径十分敏感,回弹力与线径呈现非线性高次关系。增加编织线股数,弹簧刚度会成倍增加。温度在低于600 ℃时对弹簧刚度的影响较小,在高于600 ℃后,弹簧刚度随着温度升高快速下降。通过S-N曲线计算编织弹簧管在650 ℃时的最低疲劳寿命高于密封设计要求。研究结果表明,在编织弹簧管的设计要求的前提下,环密度为0.05、线径为0.32 mm、双线编织的编织弹簧管具有较好的性能。。
    2019  .  49(3):    15-20    [摘要](117)    [PDF](97)
  • 缝合密度对复合材料性能影响研究
    乔志炜,张方超,胡方田
    建立了不同缝合密度的碳纤维缎纹增强复合材料有限元模型,对其面内弹性模量进行有限元预报,并进行了实验验证。实验结果表明:随着缝合密度增加,复合材料的面内弹性模量降低,最大降低幅度约为44%,而对泊松比的影响很小。实验结果与有限元预报的规律一致。
    2019  .  49(3):    21-24    [摘要](137)    [PDF](112)
  • 复合材料胶粘修复界面的载荷传递仿真优化
    徐欢,殷晨波,李向东,王子朋
    胶接修复工艺是飞机结构修理的重要工艺之一,为了研究胶黏工艺对修复效果的影响规律,探索最佳的工艺参数,本文建立胶粘修复的三维模型,利用ANSYS Workbench有限元软件对胶粘修复界面载荷传递进行分析,讨论补片材料、补片厚度、胶层剪切模量和胶层厚度对胶接修复的影响。仿真结果证明补片材料为硼/环氧树脂时,胶粘失效风险最小;补片较厚时,胶接修复效果好,但补片过厚会削弱胶接修复的效果;胶黏剂剪切模量越大越有助于损伤区域的修复,工程应用中建议选用剪切模量较高的胶黏剂;胶层较厚时会增大胶层发生缺陷的概率从而减弱修复效果,建议合理选取厚度较小的胶层。最后提出修复界面的表面处理、复合材料端部的溢胶以及倒角处理均有益于修复结构的载荷传递,缓和胶粘界面应力水平,降低胶层失效的风险。
    2019  .  49(3):    25-30    [摘要](109)    [PDF](106)
  • 优化无焊缝钛内衬内表面质量的旋压工艺
    淳道勇,赵磊,阴中炜,丁俊峰,温涛
    针对复合材料压力容器用无焊缝TA1钛内衬,利用收口旋压实验和有限元模拟分析研究了两种典型收口旋压旋轮轨迹(水平直线和斜线轨迹)对旋压封头内表面缺陷的影响。结果表明:较斜线旋压,水平旋压后内表面褶皱等缺陷明显减少,说明水平旋压是一种优化无焊缝钛封头内表面质量的有效方式。有限元模拟分析表明:较斜线旋压,水平旋压每道次内表面的等效应变增量分布更均匀,并且多道次旋压后内表面的累积等效应变更小,说明水平旋压具有更均匀的变形特点和更少的应变累积,是内表面具有较弱褶皱趋势的主要原因。
    2019  .  49(3):    31-35    [摘要](109)    [PDF](89)
  • CFRP铣削有限元模型建立及切削力仿真分析
    杨振朝,杨福杰,肖继明,元振毅,李言
    为探索碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)铣削加工过程中切削力与工艺参数之间的映射关系,建立CFRP铣削加工有限元仿真模型并对切削力进行分析。基于ABAQUS软件通过定义材料属性、材料失效模型、纤维铺层数和纤维方向建立了CFRP铣削加工二维有限元仿真模型,并对该模型进行了实验验证。基于该模型,分析了切削力与纤维方向角、铣削速度、每齿进给量和刀具前角等工艺参数之间的映射关系。仿真结果表明:纤维方向角从0°增大到90°,切削力呈现降低趋势,而纤维方向角从90°增大到180°,切削力呈现增大趋势。随着切削速度和每齿进给量的增大,切削力随之增大,而随着刀具前角增大,切削力随之减小。
    2019  .  49(3):    36-40    [摘要](126)    [PDF](109)
  • 新材料新工艺
  • 用于RTM工艺的烧蚀树脂及其复合材料
    李婷,赵文斌,杨学军,田谋锋
    根据烧蚀防热复合材料RTM制备技术对树脂的要求,研究了一种适合于RTM工艺的无溶剂高残碳烧蚀树脂及其法向增强复合材料,详细讨论了树脂的黏度-温度特性、耐热性能、烧蚀性能及烧蚀复合材料的力学性能、热物理性能,并对制备的烧蚀防热材料构件进行了固体发动机热试车考核。结果表明:采用多环芳香酚改性的高邻位酚醛树脂工艺适用期长达120 min、残碳率达67.1%,使用该树脂制备的几种法向增强的复合材料层剪强度达39.3 MPa以上;该类树脂基烧蚀防热材料可作为固体火箭发动机扩张段的标准材料。
    2019  .  49(3):    41-44    [摘要](123)    [PDF](97)
  • 自动铺放内嵌缺陷构件成型方式对拉伸性能的影响
    李韦清,杨涛,刘思南,杜宇,刘畅
    自动铺丝技术使单向的复合材料丝束铺放轨迹得以优化,但是在应用此技术铺放复杂形状结构时可能会导致缺陷的引入。为解决此问题,利用2丝束自动铺放机器人铺放含有空隙和重叠缺陷的层合板试件,按照[(90°/0°)5/90°]和[(0°/90°)5/0°]的顺序,将缺陷分别置于0°和90°铺层内。在试件成型过程中,无模压板的成型方法会导致试件局部厚度和微观结构的变化,这主要取决于缺陷的类型,这对试件的拉伸性能有很大影响,使用模压板可以很好地改善这一点。试验表明:在0°纤维方向上,含空隙缺陷加模压板成型的试件较不加模压板成型的试件拉伸强度提升了218.5%,重叠缺陷试件加模压板成型后试件拉伸强度也提高了69%;在90°纤维方向上,由于90°方向铺层不是主承载层,模压板对试件性能影响较小,但加模压板成型后,空隙和重叠缺陷试件的拉伸性能也分别提高了3.2%和15.6%。
    2019  .  49(3):    45-50    [摘要](109)    [PDF](109)
  • 加压预处理对软质聚酰亚胺泡沫力学性能的影响
    崔志刚,张鑫,马立
    为解决软质聚酰亚胺泡沫初始状态力学性能的不稳定性,采用Solimide® AC-550聚酰亚胺泡沫分别进行不同加压方式及加压压力的预压处理,并对预压处理的试样进行拉伸和压缩性能测试。结果表明:负压预处理对该泡沫所造成的力学性能损伤比正压更大;且在+4 kPa预处理时,可使得该泡沫获得相对稳定的力学性能,满足工程应用的需求。
    2019  .  49(3):    51-55    [摘要](114)    [PDF](106)
  • 新型多层绝热材料组合包覆工艺及其绝热性能
    吴天泽,熊春晓,朱文杰,赵一搏,申雄刚
    在深空探测过程中,利用多层隔热材料是降低低温推进剂蒸发量的主要隔热方式。但多层绝热材料其结构较为复杂,加工、安装和使用条件都非常特殊,决定了其在深空探测应用中具有一定的难度。本文首先从工艺特性的角度,通过与常规包覆方法进行对比,对多层绝热材料在贮箱表面的组装工艺进行探究,采用尼龙搭扣带、胶钉枪开发了一套效能高、经济性好的新型固定方法,通过高真空测试平台对该多层绝热包覆工艺进行测试并分析其绝热效应的影响。结果表明:使用该包覆工艺成型的多层绝热组件当量热导率可以达到1.1 mW/(m·K),且具有较小的漏热量,系统稳定性好。
    2019  .  49(3):    56-60    [摘要](118)    [PDF](110)
  • 一种交织铺层结构层合板性能
    孙文文,张建宝,孙宏杰,刘永佼,孙建波
    结合复合材料自动纤维铺放(AFP)技术,提出了一种交织铺层结构层合板成型方法,制备了非交织、交织正交层合板、非交织、两向交织和四向交织准各向同性层合板复合材料,并对交织铺层结构复合材料的层间结构和性能进行了分析研究。结果表明:交织正交层合板的拉伸、压缩、弯曲性能较非交织板性能均有所下降,但其层间剪切性能有明显提高,提高幅度约为16%;随着交织铺层组厚度的增加,交织层合板的拉伸性能呈下降趋势;交织层合板的开孔后拉伸、开孔后压缩和冲击后压缩强度保持率均高于非交织板,且冲击后分层损伤面积明显低于非交织板。交织铺层结构层合板相对于普通非交织层合板具有更好的损伤容限能力。
    2019  .  49(3):    61-66    [摘要](111)    [PDF](109)
  • 测试分析
  • 非周期性三维五向编织复合材料拉伸失效机理
    于颂,刘晓东,钱坤,张典堂
    以三维五向结构为研究对象,设计减纱工艺形成非周期性特征,进而制备碳纤维/环氧树脂三维五向编织非周期性结构复合材料。采用万能试验机与高速摄像机相结合的测试方式,获取非周期性结构拉伸力学行为及试验过程;在此基础上,通过高分辨率Micro-CT及SEM对非周期性结构试样破坏形貌进行观测,研究渐进损伤演化及最终失效机理,并与周期性结构的结果进行对比。研究表明:非周期性三维编织复合材料拉伸强度比相同结构参数周期性材料的测试值低16.84%,损伤源于减纱处,形成了应力集中,最终破坏模式以纤维束抽拔断裂为主。该研究结果可为异型编织复合材料结构设计及强度分析提供依据。
    2019  .  49(3):    67-71    [摘要](95)    [PDF](105)
  • 聚碳硅烷粉尘火灾爆炸特性参数测试及安全性分析
    李燕勇,高舒珊,王凯,徐旭东,陈俍
    为确保聚碳硅烷粉尘作业安全,避免发生火灾爆炸事故,本文按照相应国家测试标准,采用标准测试仪器,对聚碳硅烷粉尘的最小点火能、最低着火温度、爆炸下限浓度3个火灾爆炸特性参数进行了测试。结果表明:聚碳硅烷粉尘最小点火能1.5 mJ<Emin<2 mJ,最低着火温度MIT=320 ℃,爆炸下限浓度12 g/m3<Cmin<13 g/m3。结合常见涉爆粉尘火灾爆炸特性参数范围比对分析,结果表明:聚碳硅烷粉尘最低着火温度和最小点火能均较低、爆炸下限浓度也小,说明该粉尘极易被引爆,安全风险较高。
    2019  .  49(3):    72-74    [摘要](113)    [PDF](105)
  • 钢板内部缺陷失效分析
    谢国君,王影,袁建宇,逄锦程,韩露
    采用120 mm厚的45#钢轧制板材经粗加工后进行调质处理,热处理后超声探伤发现钢板厚度方向中部存在缺陷。通过失效分析认为,钢板内部的缺陷为沿变形方向分布的带状组织,部分带状组织中存在沿晶裂纹。形成带状组织及裂纹的机理是原材料钢锭浇铸过程中心部形成枝晶偏析,轧制过程中偏析区被拉长因而形成偏析条带,条带区因富含Mn、S、P等元素形成硬度较高的马氏体组织,调质热处理过程中在组织应力及热应力作用下马氏体条带组织区域发生沿晶脆性开裂。
    2019  .  49(3):    75-78    [摘要](118)    [PDF](102)
  • 薄壁扁平不锈钢管的涡流检测工艺
    张晓红,胡文刚,张琳,刘伟,杨帆
    针对航天专用不锈钢薄壁扁平管涡流检测过程中存在的工艺难题,通过分析管材扁平成型工艺特点,采用涡流检测线圈的等效填充系数计算方法,结合涡流分布特性制作异型外穿过式涡流检测线圈,根据型面检测灵敏度差异制定合理的检测工艺,有效实现了不锈钢薄壁扁平管的涡流检测。通过破坏性试验及飞行试验,对检测工艺的可靠性进行了验证。该检测工艺已成功应用于各型号不锈钢薄壁扁平管的涡流检测中。
    2019  .  49(3):    79-81    [摘要](106)    [PDF](117)
  • 铝合金壳体阳极化膜颜色异常分析
    王影,谢国君,袁建宇,逄锦程,韩露
    铝合金壳体在阳极化处理后表面阳极化膜存在颜色异常(发黑)现象。本文通过对壳体阳极化膜表面及基体形貌观察、金相分析和成分分析对发黑的原因进行了分析。结果表明壳体阳极化膜发黑的原因是由于该区域存在成分偏析(合金含量高),导致该区域的晶粒尺度比正常区域小、耐蚀性比正常区域差,膜层微观结构与正常区域存在差异,膜层内部化合物较多,致使该区域膜层呈现黑色。
    2019  .  49(3):    82-85    [摘要](104)    [PDF](115)
  • 工程实践
  • 大型飞行器表面烧蚀防热涂层低温快速补涂工艺
    张晶,肖世明,杨立乐,郑玉杰,李庆贺
    采用补涂工艺对烧蚀防热涂层进行低温快速补涂,并针对飞行器临飞行前状态,制定了涂层结合力提升、快速固化、多余物控制等的方案。电弧风洞试验表明:补涂涂层烧蚀量小,最高表面温度580 ℃,最高背面温度64 ℃,具有良好的防热性能。采用本工艺补涂涂层进行了多次飞行试验并取得了成功,表明本补涂工艺具有良好的工艺稳定性。
    2019  .  49(3):    86-90    [摘要](95)    [PDF](94)
  • 刀具磨损对TC11铣削表面粗糙度与残余应力的影响
    李锋,李旭东,刘维伟,杜崇辉
    为了研究TC11钛合金铣削加工过程中刀具磨损对加工表面质量的影响规律,设计了刀具磨损与铣削表面粗糙度、表面残余应力的试验。结果表明:TC11钛合金铣削加工过程中的刀具磨损可以分为:初期磨损、正常磨损、剧烈磨损三个阶段。当刀具处于“初期磨损”时,TC11铣削表面粗糙度随切削时间逐渐减小,铣削表面残余应力也呈减小趋势;当刀具处于“正常磨损”阶段时,铣削表面粗糙度和铣削表面残余应力都呈增加趋势,但增加的速度平稳;当刀具进入“剧烈磨损”阶段时,铣削表面粗糙度迅速增大,表面残余应力也较前两个阶段显著增加。另外,试验过程中的TC11铣削表面残余应力均表现为压应力。
    2019  .  49(3):    91-94    [摘要](98)    [PDF](93)

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