• 2020年第50卷第3期文章目次
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    • >综述
    • 高超声速气膜冷却技术研究进展及发展方向

      2020, 50(3):1-10. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.03.001

      摘要 (463) HTML (0) PDF 0.00 Byte (368) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着飞行器速度的进一步提高以及对可重复使用飞行器的需求,高超声速气膜冷却技术已经成为航空航天技术发展的热点问题。开展高超声速飞行器主动气膜冷却技术研究,对于解决高超声速飞行器面临的热防护问题,突破防热技术瓶颈,有十分重要的意义。本文在对主动冷却热防护技术原理、分类及其机制进行系统研究的基础上,从实验研究和数值模拟两个维度,对二维槽缝气膜孔工艺、离散气膜孔工艺和高超声速逆向喷流技术等高超声速气膜冷却技术以及影响气膜冷却效果的因素的研究现状进行了梳理和分析,进而提出了高超声速气膜冷却技术的防热材料研制、材料制备工艺、多气膜孔特性实验研究、逆向喷流气膜孔冷却技术实验验证等研究方向。

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    • 搅拌摩擦焊搅拌头的研究进展

      2020, 50(3):11-16. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.03.002

      摘要 (364) HTML (183) PDF 0.00 Byte (357) 评论 (0) 收藏

      摘要:概述了国内外铝合金、镁合金、铜合金、钛合金及钢铁材料等多种合金搅拌摩擦焊用搅拌头的结构设计、材料、磨损失效和寿命等方面的研究进展,对比了各搅拌头的结构设计和材料性能优缺点,分析了搅拌头失效方式和寿命,展望了搅拌头的研究发展趋势。

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    • >计算材料学
    • 含细观孔隙Al/Al2O3梯度功能材料弹性模量研究

      2020, 50(3):17-22. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.03.003

      摘要 (405) HTML (219) PDF 0.00 Byte (299) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用渐近均匀化方法对含细观孔隙Al/Al2O3梯度功能材料(FGM)的弹性模量进行了研究。通过与实验对比,验证了渐近均匀化方法预测含细观孔隙Al/Al2O3梯度功能材料弹性模量的可行性,并在忽略孔隙个数等次要因素的情况下,拟合得到了与孔隙率和Al2O3体积分数相关的含细观孔隙Al/Al2O3梯度功能材料弹性模量的预测公式。研究结果表明:细观孔隙在Al/Al2O3梯度功能材料的弹性模量预测中并不能被忽略。在相同孔隙率下,孔隙的个数对Al/Al2O3梯度功能材料的弹性模量影响较小,而孔隙的大小和位置对弹性模量有着明显的影响,在Al2O3的任何体积分数下,Al/Al2O3梯度功能材料的弹性模量含随机孔隙的均低于均匀分布孔隙的。孔隙率也对Al/Al2O3梯度功能材料的弹性模量有着明显的影响,随着孔隙率的增加,材料的弹性模量逐渐下降,且随Al2O3体积分数的增加下降幅度增大。

    • GFRP与铝合金叠层低损伤压铆工艺参数研究

      2020, 50(3):23-27. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.03.004

      摘要 (347) HTML (196) PDF 0.00 Byte (262) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决玻璃钢(GFRP)与铝合金叠层压铆过程中对GFRP层的损伤问题,对典型GFRP/铝合金叠层开展了2A10材料Φ4 mm铆钉在不同大小预制孔和压铆力下GFRP材料损伤情况的有限元分析,得到了实现低损伤压铆的预制孔大小及压铆力范围;根据仿真结果开展了叠层压铆试验研究并对试片进行了无损检测、剪切强度分析。结果表明:GFRP/铝合金叠层在压铆过程中选用(18.5±0.2) kN压铆力、Φ4.2 mm预制孔可实现GFRP与铝合金叠层的低损伤压铆。

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    • 基于响应曲面法的高速内冷铣削AISI304不锈钢铣削力

      2020, 50(3):28-32. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.03.005

      摘要 (322) HTML (174) PDF 0.00 Byte (284) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对硬质合金刀具高速内冷铣削AISI304不锈钢时,切削力大、切削温度高及加工表面质量低的问题。基于响应曲面中心复合设计方法进行高速内冷铣削实验,建立了铣削力分量二阶回归预测模型,进行了实验验证。对比了干式与内冷铣削后的加工表面质量,分析了铣削参数对铣削力分量的影响规律,以铣削力分量最小为目标优化了铣削参数。结果表明:进给力和径向力的预测值与实验值的误差分别为4.77%和6.16%;内冷铣削的Ra为0.193~0.327 µm;对铣削力分量的影响是铣削深度>转速>进给量,随着铣削深度和转速的增加,进给力先升高后降低,径向力逐步增加,铣削深度与转速的交互作用对进给力和径向力的影响显著;转速11 643.63 r/min、铣削深度1 mm、进给量0.08 mm/r为最优铣削参数组合。

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    • 圆锥表面螺旋槽缠绕网格的数控加工方法

      2020, 50(3):33-36. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.03.006

      摘要 (469) HTML (220) PDF 0.00 Byte (305) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探索圆锥表面螺旋槽缠绕网格结构的数控加工方法,从圆锥等螺距螺旋线参数方程入手,经过坐标转换,推导出螺旋槽的加工刀位点信息,最终实现在三轴联动机床上采用恒定刀轴角度对圆锥表面等螺距螺旋槽的数控加工。研究结果表明,此类加工方法加工出的螺旋槽侧壁和底部垂直度达到0.02 mm,表面粗糙度达到1.6 μm,槽深6~6.03 mm,与五轴加工相比均有显著提升,而且加工效率提高一倍,成本降低68%,在工程中可以推广应用。

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    • 高韧性芳纶纤维铣削表面质量和铣削力

      2020, 50(3):37-42. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.03.007

      摘要 (392) HTML (192) PDF 0.00 Byte (265) 评论 (0) 收藏

      摘要:芳纶纤维复合材料(AFRP)在铣削过程中会产生毛边、起毛、撕裂等缺陷,严重影响材料的装配使用。为解决上述问题对刀具结构、主轴转速、进给速度进行正交实验,从铣削力、铣削表面粗糙度以及铣削表面缺陷等方面研究铣削参数和刀具结构对芳纶纤维复合材料铣削表面质量的影响规律。实验结果表明:主轴转速和进给速度对铣削表面粗糙度和铣削力有显著影响,使用鱼鳞铣刀铣削的表面粗糙度比普通四刃立铣刀的表面粗糙度降低28%,并且毛边宽度较小,铣削表面质量最好,更适合于AFRP的铣削加工。

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    • >新材料新工艺
    • 浆料-烧结法制备ZrB2-SiC-B4C涂层及性能研究

      2020, 50(3):43-48. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.03.008

      摘要 (378) HTML (184) PDF 0.00 Byte (311) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过浆料刷涂-烧结法在Cf/SiC复合材料表面制备了ZrB2-SiC-B4C超高温陶瓷涂层,研究了浆料中粉末填料、稀释剂的质量分数及高温烧结温度对涂层形貌、成分和相组成的影响。结果表明:当粉末填料与树脂质量比为1∶1、稀释剂与树脂质量比为1∶2、高温烧结温度为1 500 ℃时,在Cf/SiC表面可形成致密、结合力强的ZrB2-SiC-B4C涂层。涂层内部相组织均匀,Ra<1 μm,孔隙率约为4.2%,平均拉伸剪切强度约为5.4 MPa。1 500 ℃等温氧化30 h后,有涂层Cf/SiC复合材料的失重率约为10.7%,涂层表面形成了完整的含有ZrO2-SiO2的复合氧化膜,为基体提供了有效的氧化防护。这说明Cf/SiC复合材料表面涂覆ZrB2-SiC-B4C涂层有望满足高温燃流环境的使用要求。

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    • TiAl合金与ZrB2-SiC陶瓷非晶钎焊接头组织与力学性能

      2020, 50(3):49-55. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.03.009

      摘要 (362) HTML (204) PDF 0.00 Byte (251) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用Cu41.83Ti30.21Zr19.76Ni8.19(at.%)非晶钎料对Ti48Al2Cr2Nb合金与ZrB2-SiC陶瓷进行真空钎焊连接,通过扫描电镜、能谱分析、X射线衍射以及万能试验机对接头的微观组织和力学性能进行研究。结果表明:TiAl合金与ZrB2-SiC陶瓷钎焊接头的界面结构为TiAl/Ti2Al/AlCuTi/(Ti,Zr)2(Cu,Ni)+TiB+TiCu/Ti5Si3/ZS。当钎焊温度为910 ℃,随着保温时间的延长,靠近ZrB2-SiC一侧反应层宽度逐渐增大,接头中弥散分部的TiB和TiCu聚集长大。接头剪切强度随着保温时间的延长先上升后降低,当钎焊温度为910 ℃,保温20 min时,接头剪切强度最大,为187 MPa,通过对各工艺的接头断口分析,发现接头均断裂在陶瓷侧,断裂方式为脆性断裂。

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    • 石英纤维增强聚酰亚胺复合材料超低温铣削实验

      2020, 50(3):56-61. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.03.010

      摘要 (308) HTML (198) PDF 0.00 Byte (290) 评论 (0) 收藏

      摘要:石英纤维增强聚酰亚胺复合材料是一种非均匀的各向异性材料,采用传统铣削方法对其进行加工时存在刀具磨损严重、切削力较大、加工效率低等问题。为此本文采用超低温冷却铣削方法对石英纤维增强聚酰亚胺复合材料进行铣削实验,并与传统干铣削方式进行了对比,分析了包括加工表面形貌、粗糙度、切削力和刀具磨损等切削性能。结果表明:两种工况下,表面粗糙度随主轴转速的提高而降低,随切深的增加呈先降低后增大趋势;相对于干铣削,不同切削速度下超低温冷却铣削有效抑制了低速干铣削纤维起毛、高速干铣削黏结剂烧蚀缺陷,表面质量都得到改善,刀具耐用度得到提高。超低温冷却引起的复合材料切削力增大,纤维断屑方式的改变以及切削热的有效降低是提高加工质量的主要原因。

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    • 自动铺丝末端缺陷角度对层合板拉伸性能的影响

      2020, 50(3):62-68. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.03.011

      摘要 (267) HTML (168) PDF 0.00 Byte (256) 评论 (0) 收藏

      摘要:自动纤维铺放(AFP)工艺能够有效制造大型复合材料构件,但在铺放过程中因为丝束末端等断面而出现不同角度内嵌缺陷。为解决相关问题,按照[(90°/0°)5/90°]和[(0°/90°)5/0°]的铺层顺序,在0°和90°铺层内分别设置不同丝束末端角度的孔隙缺陷或重叠缺陷。结果表明:不同角度纤维铺层内嵌不同角度缺陷时,导致复合材料构件差异明显。在90°纤维铺层方向上,内嵌90°孔隙缺陷和90°重叠缺陷时,试件拉伸强度最高,拉伸强度比分别为90.89%和90.11%。在0°纤维铺层方向上,内嵌±30°孔隙缺陷和30°重叠缺陷时,试件拉伸强度最高,拉伸强度比分别为28.48%和50.71%。

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    • 纤维方向角对超低温冷却石英纤维复合材料铣削性能的影响

      2020, 50(3):69-74. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.03.012

      摘要 (283) HTML (181) PDF 0.00 Byte (270) 评论 (0) 收藏

      摘要:石英增强聚酰亚胺树脂基复合材料是一种非均匀的各向异性材料,其加工性能高度依赖于纤维铺层方向与加工进给方向所成角度,即纤维方向角。本文通过一系列不同纤维方向角的干切削和超低温冷却铣削实验,研究了纤维方向角对表面形貌、表面粗糙度、铣削力及刀具磨损的影响。结果表明:不同纤维方向角,剪应力形式不同,切削断屑形式也不同。纤维方向角为锐角时铣削表面质量均良好,但当纤维方向角增大到90°时,切削表面质量下降,切削力变化幅度增大。相同铣削时间内,在干切削工况下,刀具磨损严重,涂层脱落面积约为测量面积的70%;而在低温切削工况下,涂层未遭到严重破坏,刀具仍处于稳定磨损阶段,刀具耐用度优于干切削工况。

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    • 高低温循环条件下氟橡胶耐油介质老化性能

      2020, 50(3):75-80. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.03.013

      摘要 (286) HTML (167) PDF 0.00 Byte (241) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了获得高低温循环条件下某种导弹用密封氟橡胶材料的老化机理,对某牌号的弹用密封氟橡胶试样进行了高低温循环油介质加速老化实验。对其在高低温油介质条件下的压缩永久变形、机械性能、微观形貌、分子结构、动态力学性能的变化规律进行了研究,同时计算了氟橡胶分子几个重要的化学键的离解能。结果表明:高低温循环下特种氟橡胶的最大拉伸强度与拉断伸长率随着循环周期数的增加逐渐降低,油介质中贮存的氟橡胶试样压缩永久变形率在老化前期逐渐增大,老化后期略有恢复,随着老化时间增长氟橡胶分子侧基分解,主链柔顺性增强。

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    • >测试分析
    • C/SiC复合材料紧固件拉-拉疲劳行为研究

      2020, 50(3):81-86. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.03.014

      摘要 (283) HTML (172) PDF 0.00 Byte (274) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究C/SiC复合材料紧固件的拉-拉疲劳行为,在疲劳应力比为0.1、加载频率为10 Hz的条件下对不同应力水平的疲劳寿命进行统计。采用断口分析和金相分析方法对C/SiC复合材料螺钉疲劳破坏的细观机制进行了研究。结果表明:C/SiC复合材料螺钉拉-拉疲劳包含拉断疲劳及拉脱疲劳两种失效形式;基于双参数幂指数形式的寿命模型,两种失效形式的疲劳寿命经验公式相似;C/SiC复合材料螺钉的疲劳极限约为拉伸强度的65%~70%,若最大疲劳应力大于0.7σmax,其材料损伤随循环次数增多而明显增大。

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    • 2219合金TIG补焊接头亮线影像成因及其力学性能

      2020, 50(3):87-90. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.03.015

      摘要 (292) HTML (180) PDF 0.00 Byte (274) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对2219合金TIG补焊接头X射线底片亮线影像,开展2219合金不同坡口面角TIG补焊接头组织及性能研究。通过X射线、扫描电镜及能谱仪分析接头底片亮线影像位置对应的微观形貌及成分,并通过拉伸试验评价补焊接头力学性能。结果显示:在0~20°随坡口面角α值的增大,X射线底片上亮线影像的黑度逐渐降低;Cu含量较高的α(Al)+θ非平衡共晶组织对X射线的散射与吸收作用较强,是X射线底片亮线影像的成因;坡口面角α角侧受电磁搅拌作用弱于β角侧,其固-液界面前沿的边界层宽度大于β角侧,且温度梯度及边界层内的成分过冷度均大于β角侧,促进了α角侧枝晶的生长。当β角为20°时,在0°~20°随着α角度值增大,接头的抗拉强度与延伸率逐渐增大,20°时获得了优良的室温力学性能。X射线底片上存在亮线影像的补焊接头力学性能满足型号使用要求,亮线影像结构可不按焊接缺陷处理。

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    • >工程实践
    • 直升机复合材料导电结构制造工艺

      2020, 50(3):91-94. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.03.016

      摘要 (273) HTML (166) PDF 0.00 Byte (231) 评论 (0) 收藏

      摘要:碳纤维复合材料的低电导率,使得直升机碳纤维复合材料结构加装的通信设备受到了影响,形成杂波,在一定程度上影响了通信设备的使用效果。为提升直升机碳纤维复合材料结构连接的导电率,以直升机复合材料尾梁为研究对象,通过提升复合材料尾梁设备接口与复合材料尾梁结构的接触性能以及复合材料尾梁自身的电导率,来大幅提升直升机碳纤维复合材料结构的导电率。经过多次验证并装机验证发现,直升机复合材料尾梁导电材料需连续,导电结构长度与电阻具有线性关系且可以通过对设备接口进行预处理的方式提升直升机复合材料尾梁的电导率。具体操作:(1)在导电方向上应连续铺放铜网,以保证导电结构的连续性;(2)在与其部位的成部件导电连接时,用于连接的铜片需要进行预处理,再与铜网进行锡焊连接,可以获得效果稳定的导电界面;(3)导电效果与导电通路的长度和预处理质量相关,基本属于线性关系。

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    • 热等静压工艺制备的Ti-6Al-4V薄壁筒的切削加工

      2020, 50(3):95-99. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.03.017

      摘要 (269) HTML (218) PDF 0.00 Byte (275) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了能够提高钛合金薄壁筒的加工效率,利用热等静压工艺制备了两个具有不同结构的Ti-6Al-4V薄壁筒,研究了夹具、填充泥浆和筒结构对Ti-6Al-4V薄壁筒的外圆表面粗糙度和精度的影响。结果显示,Ti-6Al-4V热等静压薄壁筒经过切削加工能够达到精度要求,填充泥浆降低了弹性回弹,提高了薄壁筒外圆精度;筒结构的内圆环和粗大端能够提高刚度,有效降低了外圆表面粗糙度值;夹具尺寸误差对圆度和同轴度影响较大,较大的尺寸误差显著降低了筒的外圆精度。

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    • 预混料吸湿对复合材料内部质量的影响

      2020, 50(3):100-102. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2020.03.018

      摘要 (275) HTML (182) PDF 0.00 Byte (260) 评论 (0) 收藏

      摘要:在RH85%的环境下,将高硅氧/酚醛预混料吸湿24 h后压制成复合材料,对试样进行无损检测和力学性能分析。结果表明:预混料吸湿后其复合材料内部存在大量缺陷,其中Ⅱ类区面积37.4%,Ⅲ类区面积49.8%;力学性能下降幅度较大,拉伸强度、压缩强度、冲压剪切强度分别下降了55%、60%、15%,但弯曲强度变化较小。分析表明:预混料吸湿的水分一部分在树脂固化时,成为气孔,形成Ⅱ类区;另一部分进入纤维,削弱树脂和纤维界面间的粘接力,严重时出现脱粘,形成Ⅲ类区,降低材料力学性能。

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