• 2021年第51卷第2期文章目次
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    • >综述
    • 磨削表面形貌建模研究现状与展望

      2021, 51(2):1-10. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2021.02.001

      摘要 (187) HTML (126) PDF 4.05 M (821) 评论 (0) 收藏

      摘要:文 摘 磨削表面形貌是磨削表面完整性的重要指标之一,其对材料的接触应力、耐磨耐腐蚀性及抗疲劳强度等起着关键作用。本文概述分析了国内外在磨削表面形貌建模方法、技术路线、研究结果等所取得的进展,对磨削表面形貌建模的三类方法(经验建模法、理论建模法、有限元分析法)进行了综述,对各类建模方法的原理和优缺点进行论述,指出当前相关磨削表面形貌研究方向存在的问题。最后,提出了磨削表面形貌建模研究的发展方向。

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    • CFRP切削过程中的监测控制研究进展

      2021, 51(2):11-18. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2021.02.002

      摘要 (198) HTML (200) PDF 2.94 M (665) 评论 (0) 收藏

      摘要:碳纤维增强树脂基复合材料(CarbonSfiberSreinforcedSpolymer,CFRP)由于其优异的综合性能,被制造行业广泛应用,但由于力学性能上的各向异性及组织上的非均质特性,在加工过程中易出现分层、毛刺、纤维撕裂等加工缺陷。为了更好的对CFRP加工过程进行实时监测和控制,来提升最终加工质量,从CFRP的切削加工预测、切削过程中的状态监测、切削过程中的智能控制三方面综述了学者们近年来研究成果,并对未来研究趋势进行了分析和讨论。

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    • >计算材料学
    • 变刚度复合材料夹芯板设计及模态分析

      2021, 51(2):19-23. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2021.02.004

      摘要 (182) HTML (83) PDF 7.42 M (702) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高卫星主承力结构刚度,本文基于定曲率圆弧曲线及平移法对变刚度夹芯板蒙皮进行设计,利用ABAQUS二次开发方法及响应面法对不同起始角/终止角组合的夹芯板进行等效建模、模态分析和模态基频优化。数值计算结果表明,变刚度设计的夹芯板由于曲线铺放提升夹芯板模态基频,蜂窝板的模态基频随起始角先增大后减小,随终止角增大而增大,基频最大提升百分比为12.33%,可以减小蜂窝基本承力结构与设备的动态耦合效应。

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    • 离轨帆弹性桅杆力学性能分析

      2021, 51(2):24-30. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2021.02.003

      摘要 (127) HTML (56) PDF 2.71 M (730) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用有限元分析软件ABAQUS分析弹性桅杆几何参数对其力学性能的影响,为离轨帆弹性桅杆设计提供一定的理论依据。结果表明:1)增加壳体厚度、保持弧长不变,减小曲率半径以及增大壳体截面圆心角都能有效提高离轨帆自动展开能力及弹性桅杆支撑刚度;2)弹性桅杆的弯曲内部应力只与材料属性,曲率半径r,缠绕半径R以及壳体厚度t有关。曲率半径减小,壳体厚度增加都会增大弹性桅杆的弯曲内部应力,有可能会导致弹性桅杆在缠绕时发生塑性变形。因此,在对弹性桅杆设计时,需综合考虑弹性桅杆几何参数对其展开能力以及缠绕性能的影响。

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    • CFRP钻削温度场的数值仿真与分析

      2021, 51(2):31-37. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2021.02.005

      摘要 (119) HTML (68) PDF 5.83 M (774) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)钻削过程传热规律及温度分布特性,在对材料热物理特性均匀化处理的基础上,利用COMSOL Multiphysics建立单向CFRP钻削温度场数值仿真模型,探究钻削过程中热量传递及温度场分布规律。结果表明:出口处温度场呈椭圆形分布状态,椭圆形最小值离心率e为0.771,且椭圆的长轴和纤维方向平行。通过实验对比,纤维方向和垂直纤维方向的温度误差值分别为7.5%和7.8%,表明仿真与实验结果具有较好吻合性,验证了数值仿真模型的正确性。

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    • >新材料新工艺
    • PyC界面层厚度对三维针刺C/ZrC-SiC复合材料力学性能影响规律研究

      2021, 51(2):38-46. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2021.02.006

      摘要 (178) HTML (126) PDF 21.88 M (723) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过控制沉积时间(5 h,15 h,30 h 和50 h)获得了不同PyC界面层厚度试样,随后采用先驱体浸渍-裂解工艺完成S5,S15,S30和S50-C/ZrC-SiC复合材料的制备工作,研究了PyC界面层厚度对C/ZrC-SiC复合材料弯曲、断裂性能影响规律及其作用机理。结果表明:随着沉积时间增加,PyC界面层厚不断增大,C/ZrC-SiC复合材料弯曲力学性能和断裂韧性均表现出先增大而后降低的变化规律。这主要由于PyC界面层厚度的增大,纤维损伤、基体热失配程度减弱,进而提高C/ZrC-SiC复合材料强度,但过大的PyC界面层厚度会降低纤维与基体的结合力和ZrC-SiC基体含量,最终导致C/ZrC-SiC复合材料强度的下降。而S30-C/ZrC-SiC复合材料因表现出较多“纤维桥连”、“裂纹偏转”和“裂纹分枝”现象,有利于消耗断裂能,最终表现出较好的断裂性能。

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    • 碳纤维表面特征对碳/环氧复合材料界面性能影响研究

      2021, 51(2):47-51. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2021.02.007

      摘要 (144) HTML (65) PDF 660.79 K (644) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究碳纤维表面特征与碳/环氧复合材料界面剪切强度的定量关系。采用扫描电子显微镜、比表面积分析仪、X射线光电子能谱仪对T800级碳纤维表面形貌、比表面积和表面化学特征进行了测试表征,并使用微珠脱粘法测试了复合材料的界面剪切强度(IFSS)。基于碳纤维比表面积测试结果,引入真实界面面积的概念,重点分析了界面面积和化学特征对IFSS的影响机理和规律。结果表明,不同表面状态的T800级碳纤维比表面积存在明显差异,两种除浆方法处理的碳纤维比表面积相差25.4%。消除界面面积影响的真实界面剪切强度(IFSS’)与碳纤维表面氧碳比呈现出较好的线性相关性,R2达到了0.94。反映出提高碳纤维比表面积和表面氧碳比是改善复合材料界面性能的有效手段。同时,也为定量研究碳纤维表面物理和化学特征对复合材料界面性能的影响提供了一种新的分析思路。

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    • 隔热-相变复合热防护构件热防护能力研究

      2021, 51(2):52-55. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2021.02.008

      摘要 (132) HTML (45) PDF 3.52 M (649) 评论 (0) 收藏

      摘要:文 摘 本文以隔热瓦、氯化锂相变复合材料、硝酸锂定形相变复合材料和季戊四醇定形相变复合材料为原料制备了隔热-相变复合热防护构件及其纯隔热对比样,采用快速升温单侧加热装置测试了该构件与其纯隔热对比样在1200℃下的长时热防护性能。结果显示在相同加热时间7650s条件下,复合热防护构件的背温仅为222.3 ℃,而纯隔热对比样的背温为644.0 ℃,复合热防护构件的隔热能力更强。在相近背温条件下,复合热防护构件背温199.5℃时,其控温时间为6780 s,而纯隔热对比样背温199.7℃时,其控温时间为3135s,复合热防护构件的控温时间更长。隔热-相变复合热防护构件具有优异的热防护能力,是一种新型的热防护结构形式,在航天、航空、民用热防护等领域具有广阔的应用前景。

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    • 含硅芳炔树脂改性氰酸酯树脂的性能

      2021, 51(2):56-61. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2021.02.009

      摘要 (128) HTML (67) PDF 2.55 M (618) 评论 (0) 收藏

      摘要:将双酚E型氰酸酯(BEDCy)与含硅芳炔树脂(PSA)用溶液共混的方法制备了共混树脂(BEDCy/PSA)。通过DSC和原位红外研究了共混树脂的固化反应,使用TGA和DMA表征了树脂的耐热性能。还考察了共混树脂的介电性能和力学性能。结果表明,PSA树脂能够降低BEDCy树脂的固化温度。随着PSA树脂的添加,氮气和空气氛围下共混树脂固化物的5%热失重温度高于450℃,800℃的残留率分别在80%和19%以上。PSA树脂可以降低BEDCy树脂的介电常数和介电损耗。

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    • 摆动焊接对异种热处理状态2219铝合金焊接接头性能的影响

      2021, 51(2):62-67. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2021.02.010

      摘要 (96) HTML (56) PDF 3.62 M (554) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对2219异种热处理状态C10S+CYS铝合金进行钨极氩弧焊接试验,分别研究获取了常规焊接与摆动焊接接头的在力学性能、微观组织、硬度分布等方面的结果及差异,分析结果表明:相较常规接头,采用摆动焊接工艺的接头其力学性能有所提高,同时接头中下部PMZ、OAZ的硬度有所下降,宽度范围有所增加。应变分布结果表明断裂前常规接头最大应变沿对角线分布,而摆动接头呈近似W型分布;对微观组织及断口观察可知,摆动接头CYS侧的PMZ、OAZ中连续第二相的数量及尺寸有所降低,接头呈韧性为主的混合型断裂特征。

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    • 涂层刀具低温铣削SiCp/Al复合材料表面质量研究

      2021, 51(2):68-72. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2021.02.011

      摘要 (126) HTML (66) PDF 20.73 M (677) 评论 (0) 收藏

      摘要:碳化硅颗粒增强铝基复合材料以其优异的力学性能在航空、航天、电子、汽车等领域发挥着重要作用。为了改善其切削性能,使用液氮喷淋实验装置对其进行铣削实验,通过研究切削力、表面完整性和切屑形貌,探索常温和低温条件下使用TiAlN涂层和TiAlSiN涂层铣刀的加工质量。结果表明,在低温条件下铣削时,两种刀具的切削力增加,铣削后表面铝基体的开裂及剥落等缺陷均显著改善,已加工表面损伤减小且粗糙度降低。低温铣削能获得更好的表面质量。此外,在常温与低温条件下TiAlSiN涂层比TiAlN涂层铣刀的切削力小,低温条件下TiAlSiN涂层铣刀表面完整性和切屑形貌优于TiAlN涂层铣刀。

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    • >测试分析
    • 显微CT检测技术在复杂结构焊缝无损检测中的应用

      2021, 51(2):73-76. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2021.02.012

      摘要 (101) HTML (43) PDF 5.31 M (577) 评论 (0) 收藏

      摘要:文 摘 针对复杂结构焊缝的检测问题,开展了三维显微CT检测技术研究。分析了复杂结构焊缝的常规射线检测难点,利用三维显微CT检测技术焦点尺寸小(微米级)、检测分辨率高等优势,对复杂结构电子束对接焊缝、端面焊缝以及钎焊缝进行了检测实验,得到了良好的检测效果。实验结果表明,通过三维显微CT检测技术可实现复杂结构焊缝的三维检测,进而实现对微气孔、微裂纹、未焊透等缺陷的识别、定位与测量,为焊缝质量评估提供依据。

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    • 两种同类型胶片基础特性及检测应用比对

      2021, 51(2):77-80. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2021.02.013

      摘要 (116) HTML (132) PDF 44.15 M (524) 评论 (0) 收藏

      摘要:文摘 针对如何在液体火箭发动机产品射线检测过程中,根据具体情况选择合适的射线胶片,达到既能保证射线检测图像质量,又能提高检测效率,减少检测成本的目的,本文通过对进口富士IX100型胶片和国产乐凯牌L7型胶片的特性和质量稳定性进行工艺对比试验。结果表明,L7型胶片本底灰雾度稍大于IX100型胶片,灵敏度逊于IX100型胶片,宽容度高于IX100型;但两者均属于GB/T19348.1—2003规定的T3范畴胶片,综合性能比较接近; L7型胶片适用于发动机上具有变截面的铝铸件、机加余量不大的钢铸件、钛铸件及大部分熔焊缝的射线检测。

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    • 基于运行模态的复合材料梁脱层损伤识别

      2021, 51(2):81-86. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2021.02.014

      摘要 (116) HTML (42) PDF 1.43 M (596) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用传递率函数的运行模态分析方法探讨了复合材料梁无损检测方法,通过对加速度传递函数的最小二乘拟合,得到结构的模态频率和阻尼,对传递率函数矩阵奇异值分解,得到结构的振型。运用曲率模态(CMS)和曲率模态变化率(CMSI)作为损伤指标,对具有单损伤、多损伤和不同损伤程度的复合材料梁结构进行模态分析,并对两种损伤指标的识别敏感性进行对比。实验结果表明:CMS和CMSI在损伤位置发生突变,通过突变可以识别出损伤的位置和大小,并且能够对结构中的多损伤进行识别;CMS和CMSI的突变极差值随着损伤程度的增加而增大,说明CMS和CMSI具有定量识别损伤程度的能力;与CMS相比,CMSI对复合材料梁结构损伤识别更为敏感。

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    • 显微CT技术在航天材料中的应用

      2021, 51(2):87-91. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2021.02.015

      摘要 (133) HTML (263) PDF 4.98 M (738) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前大型工业CT分辨率受限的问题,本文简述了显微CT技术的概念、原理、技术优势,通过显微CT技术对典型航天材料的检测实例,研究了显微CT技术在小尺寸的航天材料检测中的优势。结果表明:显微CT技术能够发现材料中微米级的缺陷,能够观察材料中微小缺陷在空间的形貌及分布,并且能通过图像处理软件统计缺陷的尺寸分布,为航天材料无损检测研究提供了新思路。

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    • >工程实践
    • T型长桁边缘倒角对蒙皮纤维屈曲的影响研究

      2021, 51(2):92-96. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2021.02.016

      摘要 (146) HTML (100) PDF 3.31 M (587) 评论 (0) 收藏

      摘要:文 摘 通常在复合材料加筋壁板结构先固化长桁,再将未固化的蒙皮与固化长桁进行共胶接过程中,由于辅助材料的架桥造成长桁边缘处蒙皮局部纤维屈曲。针对此类问题,研究了长桁边缘倒角角度、蒙皮厚度和蒙皮铺层角度3个因素对长桁边缘处蒙皮局部纤维屈曲程度的影响,并对纤维屈曲的原因和机理进行了分析。结果表明:减小倒角角度有利于减小蒙皮局部纤维屈曲的程度,同时纤维屈曲程度与蒙皮厚度呈正相关,与蒙皮铺层中90°铺层比例呈负相关。工程应用中,对长桁边缘适当倒角,在不使用工艺软模的条件下有利于提高复合材料加筋壁板的成型质量。

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    • 大型复合材料箱体成型模具设计

      2021, 51(2):97-102. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2021.02.017

      摘要 (148) HTML (39) PDF 2.02 M (610) 评论 (0) 收藏

      摘要:文 摘 为了制造合格的大型复合材料箱体,本文制定了箱体成型模具的设计和制造方案。某复合材料箱体属于大型长轴类产品,其成型模具挠曲变形及脱模力大。模具主体采用通长轴、周向辐板、轴向筋板和蒙皮组合的结构形式。模具通过无缝钢管、模具骨架及蒙皮形成的三维网状结构有效保证模具刚度,通过带斜度工作平面及变圆角设计大大降低脱模力,通过在顶出端使用更厚的钢板提升其在脱模时的可靠性。仿真结果表明,简支工况下模具最大应力值为42.9MPa,最大变形量为0.51mm;脱模工况下模具最大应力值为188.6MPa,最大变形量为0.5mm。根据模具结构制定了分别组焊、整体装配的加工工艺路线并完成了模具制造。仿真及模具实际使用结果表明,该模具满足复合材料箱体的生产需求。

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