• 2017年第47卷第3期文章目次
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    • >综述
    • CFRP材料振动制孔研究进展

      2017, 47(3):1-5. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2017.03.001

      摘要 (2698) HTML (958) PDF 1.20 M (2933) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文对碳纤维增强复合材料(CFRP)的特性进行了回顾,概述了目前纤维叠层材料孔加工缺陷和应对办法。简述了振动辅助加工(VAM)的特点,以及振动辅助钻削加工(VAD)对加工缺陷的抑制机理,最后总结了目前振动辅助钻削CFRP取得的进展。

    • 国内外非金属材料加速老化试验标准发展现状分析

      2017, 47(3):6-9. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2017.03.002

      摘要 (2607) HTML (2141) PDF 794.69 K (3660) 评论 (0) 收藏

      摘要:非金属材料及制品的老化是影响各型号武器贮存寿命的决定因素之一。本文介绍了现有的国内外非金属材料加速老化的试验标准,分析了国内外非金属材料试验标准的异同,并对加速老化试验未来的发展方向提出了设想。

    • TiAl合金中的氧扩散及恒温氧化研究现状

      2017, 47(3):10-13,18. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2017.03.003

      摘要 (2010) HTML (797) PDF 1.28 M (2356) 评论 (0) 收藏

      摘要:TiAl合金由于高比强度和优异的高温力学性能,是一种极具应用潜力的轻质高温结构材料,但存在脆性大、室温塑性差以及800℃以上抗氧化能力不足是其工程应用的最大障碍。本文对TiAl合金的恒温氧化行为、氧扩散以及氧化后力学性能变化规律进行了总结。基于服役环境条件下合金中的氧扩散规律及受控机制,对改善合金高温抗氧化性能的表面处理和合金化研究现状进行了归纳。分析了TiAl合金高温抗氧化行为研究及其控制技术在今后一段时期的发展趋势。

    • >计算材料学
    • 修复金属板裂纹的复合材料补片正交优化

      2017, 47(3):14-18. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2017.03.004

      摘要 (1906) HTML (773) PDF 1.01 M (2304) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于Abaqus软件建立了金属板裂纹复合材料补片修复结构的有限元模型。以应力强度因子(SIF)为判据,利用L9(34)型正交实验考察了各补片参数对修复效果的影响。结果表明:在99%置信度水平下,补片厚度的贡献率为68.77%,铺层顺序的贡献率为29.59%,而补片长度对修复效果的影响不明显。结合工程应用实际与正交分析结果,利用设计好的补片对含中心贯穿裂纹的铝合金板进行了修复,并对修复结构进行了静强度测试。结果表明:修补后静强度为未修复裂纹板的1.32倍,恢复至完好板的97.2%,延伸率为未修复裂纹板的2.24倍,恢复至完好板的50.7%。结论:选用长度为40 mm,厚度为1.2 mm,铺层顺序为[0°/90°]s的正方形补片时修补效果最好。

    • 一种80℃固化环氧树脂体系的非等温固化动力学

      2017, 47(3):19-24. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2017.03.005

      摘要 (2010) HTML (906) PDF 1.21 M (2561) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用非等温DSC研究了80℃固化环氧树脂体系LTCEP的非等温固化行为。采用Gaussian-Lorentzian加和模型对DSC曲线进行分峰处理,采用Flynn-Wall-Ozawa法确定不同阶段反应的活化能随转化率的变化情况。然后采用Málek方法研究不同阶段反应的非等温固化动力学,得到树脂体系总的反应速率方程并预测树脂体系在不同温度下的固化行为。最后采用拉伸测试表征了LTCEP体系的力学性能。非等温DSC结果表明该树脂体系的DSC曲线可用三个独立的放热峰进行叠加来拟合;三个阶段反应活化能随转化率的变化均不明显,其活化能平均值分别为85.98、84.85和87.16 kJ/mol;Šesták-Berggren模型可很好地描述该树脂体系在不同阶段的固化行为。预测LTCEP在150℃下3 min、140℃下 5.5 min即可达到90%转化率。拉伸测试结果表明LTCEP经80℃固化后拉伸强度和断裂伸长率分别为(51.34±11.78)MPa和(1.23±0.34)%,125℃后处理对拉伸性能影响不大。

    • 夹层复合材料圆柱壳表层的缠绕优化

      2017, 47(3):25-28. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2017.03.006

      摘要 (2073) HTML (770) PDF 980.74 K (2498) 评论 (0) 收藏

      摘要:以平衡型稳定网络为约束条件,以等强度和提高临界失稳载荷为设计目标,对夹层复合材料圆柱壳体的缠绕表层进行了优化研究。首先,基于等强度设计,得到表层的最优缠绕方式为螺旋加环型缠绕,且螺旋缠绕角应满足α≤54.7°;其次,以结构强度及稳定性为双重指标,采用ABAQUS建立有限元模型,求解不同长径比的夹层复合材料圆柱壳的最优螺旋缠绕角αopt。研究发现:当长径比0.5 ≤η ≤3时,随η增加,表层的最优缠绕方式从单一螺旋加环型缠绕过渡至纵向铺放加环向缠绕,且最大临界失稳载荷Pcr近似呈二次递减关系。该优化方法不仅可达到轻量化要求,而且满足结构强度和稳定性双重指标。

    • 中空复合材料压缩性能及有限元分析

      2017, 47(3):29-32. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2017.03.007

      摘要 (2082) HTML (823) PDF 1.42 M (2416) 评论 (0) 收藏

      摘要:对“X”形的中空复合材料的压缩性能进行测试,并根据其结构参数建立模型,使用ANSYS Workbench软件对建立出的模型进行静力学数值模拟分析,拟合出其压缩力学性能曲线,对比数值模拟结果与实验数据。结果表明:该复合材料压缩时芯材主要承受压缩载荷作用,更容易发生破坏,5 mm压缩变形时,最大压缩应力为475.25 MPa,最大压缩应变为3.9785%;建立出的复合材料结构模型压缩性能模拟结果与实验测试结果基本吻合,误差比例仅为(8.73±2.92)%,证明该模型具有一定的准确性。

    • >新材料新工艺
    • 氧化铝气凝胶复合高温隔热瓦的制备及性能

      2017, 47(3):33-36,41. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2017.03.008

      摘要 (1917) HTML (942) PDF 2.02 M (2094) 评论 (0) 收藏

      摘要:以陶瓷纤维制成的高温隔热瓦为骨架,真空浸渍氧化铝溶胶,再经过凝胶、老化和超临界干燥制备出氧化铝气凝胶复合高温隔热瓦,研究了其在不同温度处理后(最高温度1 400℃)的微观结构、隔热和力学性能。结果表明:气凝胶复合高温隔热瓦在1 400℃保温30 min后线收缩率仅为2%;随着热处理温度升高,气凝胶颗粒发生熔并、长大,气凝胶从填充纤维空隙到不断收缩,但对纤维骨架没有明显影响;隔热瓦的室温、高温热导率均显著降低;在热面1 400℃的背温测试中,复合后材料的背温从945℃降到870℃;复合后隔热瓦的力学性能略有增加;但是1 200~1 400℃的压缩强度下降较大。可见,气凝胶复合高温隔热瓦可改善其隔热性能,但在高温下力学性能下降。

    • 引入TaSi2对ZrB2-20%SiC抗氧化性能的影响

      2017, 47(3):37-41. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2017.03.009

      摘要 (1753) HTML (738) PDF 2.84 M (1975) 评论 (0) 收藏

      摘要:将TaSi2引入到ZrB2-20%SiC中得到ZrB2-10%SiC-10%TaSi2,并在1 000、1 200、1 500和1 650℃有氧条件下分别氧化5、15和30 min。复合材料通过热压烧结法制备(1 950℃/30 MPa/30 min),并通过XRD及SEM等方法对氧化后的质量变化及微观结构进行了分析。结果表明,TaSi2的引入提高了ZrB2-20%SiC的致密度和力学性能,但是在1 200℃以上温度氧化时,ZrB2-10%SiC-10%TaSi2的抗氧化性有所降低。

    • 新型SiBCN杂化树脂的固化及裂解机理

      2017, 47(3):42-45,52. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2017.03.010

      摘要 (1805) HTML (917) PDF 2.09 M (2018) 评论 (0) 收藏

      摘要:以硅乙烯基1,7-碳硼烷为B源与含乙烯基硅氮烷反应生成了一种新型的SiBCN杂化树脂。采用FT-IR、DSC、TGA和PyGC-MS对树脂的结构、固化行为、热稳定性、热裂解反应和过程进行了研究,并用Kissinger方程和FWO法计算出了固化反应和热裂解的表观活化能,分析了树脂的裂解过程及机理。结果表明:这种杂化树脂在固化过程中存在一个放热峰,固化表观活化能为113.55 kJ/mol,具有较好的热稳定性,N2气氛下,Td5为459℃,900℃下的残碳率为73.1%。随着裂解反应程度的增加,树脂裂解的表观活化能增加,动力学热稳定性增强。当裂解温度为300℃时,树脂主要发生转氨基反应,裂解产生NH3;500℃时,有机基团脱除,树脂裂解产生NH3、CH4和CH2 CH2等烯烃;650℃时,裂解气体种类进一步增加,生成一系列烷烃和烯烃。

    • 搅拌摩擦焊技术在弹箭体贮箱锁底环缝上的应用

      2017, 47(3):46-52. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2017.03.011

      摘要 (1893) HTML (807) PDF 6.94 M (2348) 评论 (0) 收藏

      摘要:明确了搅拌摩擦焊技术应用于贮箱锁底环缝需要解决的关键问题。首先对熔焊锁底接头结构进行了搅拌摩擦焊工艺适应性设计,取消了背部焊漏槽和正面焊接坡口。结果表明:当叉形环位于焊缝前进侧,搅拌针长度与短壳板材厚度相当时锁底接头力学性能最优。锁底接头超声相控阵分析结果表明:存在于装配界面与焊核交界处的信号显示可以不当作缺陷信号判读。提出了采用立式帽装方式实现锁底环缝的装配焊接方案,并研制了可以保证锁底环缝装配间隙、错边、环缝平面度、贴合度以及叉形环大端周长的成套工装。实现了搅拌摩擦焊技术在Φ3 350 mm贮箱锁底环缝上的工程化应用,无损检测结果、形位尺寸符合设计要求。

    • 厚壁碳/酚醛复合材料热压罐固化工艺优化

      2017, 47(3):53-56. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2017.03.012

      摘要 (2196) HTML (751) PDF 1.09 M (2328) 评论 (0) 收藏

      摘要:厚壁碳/酚醛复合材料在固化过程中容易产生较大的温度梯度,造成固化不均匀。为了解此类产品在固化过程中内部的温度变化和分布,通过在产品内部预埋热电偶的方式,开展了温度监测实验。同时采用DSC及凝胶实验对树脂的固化特性进行了分析。结果表明:在初期阶段的升温过程中,产品内部温度远低于罐体内的温度;酚醛树脂随着温度的升高,流动性能变好,在95~100℃时开始凝胶,出现聚合放热现象。依据以上实验结果对固化工艺进行了优化,主要包括延长各温度点的保温时间、延缓初期的升温速率、调整加全压的时机、增加树脂凝胶温度点的保温段。最后对优化后的固化工艺进行了验证,结果表明优化后的固化工艺合理,产品经超声波检测,内部缺陷大大减少,质量均一性得到了有效提高。

    • OoA成型T800/607复合材料制备及性能

      2017, 47(3):57-60. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2017.03.013

      摘要 (3697) HTML (1196) PDF 1.33 M (3513) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用非等温DSC对非热压罐(OoA)成型环氧树脂基体607进行了固化动力学研究,确定了树脂的固化动力学方程。制备了T800/607热熔预浸料和复合材料单向板,并比较了热压罐和OoA成型工艺下T800/607复合材料的性能。结果表明:该类预浸料室温储存期大于30 d,OoA成型质量优异,复合材料孔隙率远低于1%。OoA成型复合材料的弯曲强度为1 480 MPa,层剪强度为96.7 MPa,与在热压罐条件下固化的复合材料性能相当。

    • 陶瓷防热瓦用应变隔离垫的制备及性能

      2017, 47(3):61-63. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2017.03.014

      摘要 (2041) HTML (666) PDF 1.87 M (2170) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过SEM等手段对以芳纶纤维为原料,采用针刺工艺制备的应变隔离垫的微观结构、力学、粘接和耐温性能进行表征与分析。结果表明:当针刺密度为35 针/cm2、材料密度为0.18 g/cm3时,材料具有很好的应变协调能力和力学性能,经200℃以下温度热处理,材料无明显变化,强度仍可达0.9 MPa。在风洞考核环境下,陶瓷瓦热防护组件最高表面温度1 500℃,风洞考核后,组件无开裂、松动现象,验证了应变隔离垫用于陶瓷瓦粘接的可靠性。

    • >测试分析
    • 卫星热控涂层地面模拟试验与在轨验证比对分析

      2017, 47(3):64-66,70. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2017.03.015

      摘要 (1844) HTML (641) PDF 1.55 M (2345) 评论 (0) 收藏

      摘要:卫星在轨运行期间,热控涂层要经受空间复杂环境效应的影响,其光学和热控性能逐渐下降,影响卫星可靠性和寿命。本文利用卫星搭载技术,完成热控涂层5年的在轨试验,验证空间多因素环境对热控涂层的影响。同时,利用地面模拟试验装置,模拟空间质子、电子、紫外等5年的辐照剂量对热控涂层的作用。对在轨试验结果进行解读和分析,并与地面模拟试验结果进行比对。结果显示,在搭载试验和地面试验前,热控涂层太阳吸收比(αs)为0.12,经5年在轨搭载试验后,αs退化为0.23。经地面模拟试验后,αs退化为0.22。搭载试验和地面试验的热控涂层性能均呈现线性退化规律,表明在确定的轨道环境和固定的剂量率条件下,热控涂层的退化与环境作用时间正相关,同时验证了地面试验的有效性。

    • 42CrMo钢螺栓失效分析

      2017, 47(3):67-70. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2017.03.016

      摘要 (2374) HTML (864) PDF 3.62 M (2344) 评论 (0) 收藏

      摘要:某导弹发射架在进行第3次动载荷试验过程时,其上的一件42CrMo外六角高强度螺栓出现了断裂;通过对断口进行宏微观检查、电镜观察、金相组织检查、硬度检查及化学成分分析,确定了零件的断裂性质和断裂原因。结果表明:螺栓的断裂性质为原始裂纹引起的应力腐蚀断裂。由于螺栓在镀锌前存在原始微裂纹,造成了应力集中,并在随后的镀锌过程中出现了腐蚀现象;在试验过程中,由于弯曲应力和大气环境中氧、硫、氯、钠等腐蚀介质的共同作用,导致了螺栓的断裂。另外零件硬度值偏高,存在轻微的回火脆性,对断裂也有一定的影响。

    • FSW和VP-TIG焊接箱底的力学特征分析

      2017, 47(3):71-74. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2017.03.017

      摘要 (1761) HTML (661) PDF 1.24 M (2365) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对纵缝采用搅拌摩擦焊、环缝采用VP-TIG熔焊工艺的箱底进行液压试验,并在试验过程中监测各典型焊缝位置的应变响应,结果显示箱底上搅拌摩擦焊缝和熔焊焊缝交叉形成的“T”型接头区域在试验中最先进入屈服,说明该位置材料的屈服强度较低,是箱底承载的薄弱环节。

    • CFRP夹层结构超声特征成像检测

      2017, 47(3):75-78. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2017.03.018

      摘要 (2080) HTML (634) PDF 2.04 M (1826) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用便携式超声特征成像检测系统全波列采集检测信号,通过对缺陷特征信号的提取和重构,实现自动识别,可适用于曲面等不规则面的检测,定量精度达到0.1 mm。实验结果表明低频窄带超声换能器能够减小铜网对声波的衰减和畸变,超声特征成像层析成像方法可以对表面铜网结构CFRP泡沫夹层中分层、冲击和脱粘缺陷进行识别并精确定位和定量。检测方法快捷准确、重复性好、可靠性高。

    • >工程实践
    • CFRP-TC4叠层板的钻削实验

      2017, 47(3):79-82. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2017.03.019

      摘要 (1991) HTML (611) PDF 1.32 M (2312) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用硬质合金麻花钻对CFRP-TC4叠层板进行钻削试验,分析了钛合金层加工参数对钻削力、钻削温度和加工孔质量的影响。结果表明:随着转速的增加,钛合金层的轴向力逐渐减小;随着钛合金层进给量的增加,钛合金层与CFRP层的轴向力之比逐渐增加。运用指数公式模型对钛合金层轴向力实验结果进行回归分析,得到轴向力与转速以及进给量之间的关系式:Fz=2 088n-0.1222·fr0.2016,并对该方程进行了检验验证,误差均小于10%;在钛合金层进给量不变时,随着钛合金层转速的增加,CFRP的最大烧伤环直径和层间最高温度逐渐增加。

    • 陶瓷隔热瓦的缺陷修补

      2017, 47(3):83-85. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2017.03.020

      摘要 (2930) HTML (1090) PDF 2.44 M (2066) 评论 (0) 收藏

      摘要:分别采用了MgO、YSZ和Al2O3三种陶瓷粉体和一种含隔热瓦本体成分的粉料对陶瓷隔热瓦缺陷进行修补。研究了修补前后材料的微观形貌、力学及隔热性能。结果表明:采用含隔热瓦本体组成的粉料对陶瓷隔热瓦进行修补,修补部位与本体部位相容性好,且微观形貌相似,仍保持纤维搭接的多孔空间网络结构;修补后试样密度0.24 g/cm3、室温热导率0.044 W/(m·K)、压缩强度0.58 MPa;1 200℃、30 min热处理后,修补部位与本体部位结合性好,未出现裂纹、凹陷等缺陷,是有效的缺陷修补方法。

    • CFRP定心内齿槽的加工

      2017, 47(3):86-90. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2017.03.021

      摘要 (1843) HTML (701) PDF 3.00 M (2079) 评论 (0) 收藏

      摘要:以CFRP复合构件为研究对象,采用横刃减小的成形刀片对复合构件孔内定心齿槽进行加工试验,分析刀片横刃大小与走刀路径对切削力的影响规律。结果表明:刀片横刃的减小有利于切削力的降低,但横刃减小到0.5 mm时,切削力减小的趋势变缓;采用横刃为0.5 mm的刀片沿着齿槽轮廓一次进给完成齿槽加工的走刀方式,其单齿加工时间较短、切削力较小、加工质量较好,该种齿槽加工方案较为合理。

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