• 2018年第48卷第6期文章目次
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    • >综述
    • 轻型多层异质复合装甲研究进展

      2018, 48(6):1-5. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2018.06.001

      摘要 (1745) HTML (1701) PDF 925.64 K (2378) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现代战争条件下轻型装甲车辆对机动性能和防护性能的要求,综述了装甲防护材料的应用现状及其不同应变率下力学性能测试手段,讨论了装甲防护性能评估的实验测试、数值模拟以及理论分析手段,介绍了材料种类、结构形式、分层厚度、约束效应以及层间界面对轻型多层复合装甲防护性能的影响,并提出了未来发展趋势。

    • CFRP/钛合金叠层材料制孔技术的现状与展望

      2018, 48(6):6-15. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2018.06.002

      摘要 (1638) HTML (1999) PDF 2.78 M (2582) 评论 (0) 收藏

      摘要:综述了近年来国内外对CFRP/钛合金叠层材料制孔技术的研究进展,重点介绍了传统方法钻削CFRP/钛合金叠层材料过程中轴向力和扭矩、钻削温度的测量方法,轴向力和扭矩的变化规律,以及刀具磨损、加工损伤与钻削工艺的关系;对螺旋铣孔、低频振动钻孔和超声辅助振动钻孔的实现方法、运动特点和加工质量进行了分析总结,并对CFRP/钛合金叠层材料制孔技术的应用和研究动向进行了探讨。

    • >计算材料学
    • 可重复使用复合材料气瓶设计及试验验证

      2018, 48(6):16-20. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2018.06.003

      摘要 (1330) HTML (1563) PDF 3.18 M (2139) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了适应未来重复使用运载器更高的重复使用性能要求,设计了一种航天用轻质高压可重复使用复合材料气瓶,采用金属内胆/复合材料层结构形式。复合材料采用T700碳纤维复合材料,金属内衬采用铝合金。采用有限元仿真和试验验证的方法对气瓶的强度和重复使用性能进行了分析和验证,其仿真爆破强度为81 MPa,试验爆破强度84 MPa,仿真与试验疲劳失效次数均大于1 200次。结果表明,所设计的重复使用复合材料气瓶满足23 MPa工作压力重复使用300次要求。

    • 2219铝合金搅拌摩擦焊缝装配质量的响应曲面法建模及分析

      2018, 48(6):21-27. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2018.06.004

      摘要 (1321) HTML (1726) PDF 4.50 M (2293) 评论 (0) 收藏

      摘要:焊缝间隙、焊缝错缝量以及搅拌针与焊缝中心的对中情况(简称焊缝对中)等三项条件作为焊缝装配质量的构成要素,对铝合金搅拌摩擦焊焊缝接头的性能有较为明显的影响。针对航天焊接结构件中常用的2219铝合金,为了能综合反映焊缝装配质量对搅拌摩擦焊缝接头性能的综合影响,利用响应面法建立了焊缝装配质量三要素与焊缝接头强度及延伸率之间的数学模型,分析了焊缝间隙、焊缝错缝量及焊缝对中对焊缝接头性能的影响情况。通过实验发现,焊缝间隙依然是影响焊缝接头性能的关键因素,而焊缝错缝量及焊缝对中会使焊缝接头性能表现出非对称性。该方法为焊缝装配质量的量化描述提供了数学模型,并且利用响应面法所获得的数学模型,可以为制定合理的焊缝装配条件提供指导依据,避免了传统针对单个装配要素进行研究的弊端,并且具有良好的工程应用前景。

    • ELID成形磨削实验研究与表面粗糙度预测

      2018, 48(6):28-33. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2018.06.005

      摘要 (1330) HTML (1691) PDF 2.47 M (2139) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探究ELID成型磨削中磨削参数和电解参数对表面粗糙度的影响规律,基于未变形切屑厚度模型,考虑砂轮上磨粒出刃高度的随机性以及ELID磨削中氧化膜的影响,建立了针对ELID磨削的表面粗糙度预测模型。单因素实验研究了ELID成形磨削电源参数对表面粗糙度的影响规律,并探讨了电解电流与氧化膜厚度之间的关系。全因子实验以工件转速、砂轮转速和进给切深为影响因素,研究了磨削参数对表面粗糙度的影响规律,并对预测模型进行了验证。结果表明:磨削参数中,其他条件一定时,表面粗糙度随砂轮转速的增大而减小,随工件转速和切深的增大而增大;同时对于粗糙度的预测误差达到了8.75%,预测模型有效可靠。

    • >新材料新工艺
    • 陶瓷隔热瓦轻量化制备

      2018, 48(6):34-39. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2018.06.006

      摘要 (2661) HTML (1538) PDF 4.28 M (2295) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对航天器减重的需求,开展了陶瓷隔热瓦轻量化制备研究。一方面不改变隔热瓦的组分和基本工艺参数,仅改变致密化程度得到较低密度(0.25~0.30 g/cm3)的隔热瓦,研究其微观结构、热导率、力学性能和高温隔热效果随密度的变化规律;另一方面,改变隔热瓦的烧结温度或引入短纤维,分析参数改变对隔热瓦热导率和力学性能的影响。结果表明:密度减小会降低隔热瓦的室温热导率,同时力学性能及高温隔热效果也会下降;提高烧结温度是提高低密度隔热瓦力学性能的有效途径,不同长、短纤维比例对热导率和力学性能无明显影响。

    • 钽钨合金表面铱涂层的制备及高温氧化性能

      2018, 48(6):40-44. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2018.06.007

      摘要 (2124) HTML (1722) PDF 2.73 M (2409) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用真空电弧离子沉积技术在钽钨合金表面沉积均匀致密的铱涂层,研究了钽钨合金/铱涂层的抗高温氧化性能和热震性能。结果表明:在800℃和1 100℃条件下,铱涂层可以有效保护钽钨合金,经过20 h后,铱涂层表面只发生轻微氧化,其表面形成褐色氧化铱产物;在1 900℃条件下,抗氧化寿命达10 h以上;在室温至(1 900 ±50)℃热震条件下,其寿命可达到1 000次以上。

    • 2219铝合金热变形行为对精密旋压成形的影响

      2018, 48(6):45-48. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2018.06.008

      摘要 (2208) HTML (1825) PDF 3.51 M (2461) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用Gleeble-3500热力模拟试验机对2219铝合金进行物理模拟。通过应力-应变曲线和金相组织观察研究了2219铝合金的高温塑性流变行为及其对合金旋压变形的影响。结果显示: 2219铝合金在高温塑性变形过程中的流变应力主要受变形温度和应变速率的影响,变形量对其影响不明显;随着变形温度的提高或应变速率的降低,应力-应变曲线中的峰值应力和稳态流变应力均呈现下降的趋势。另外,采用“Gleeble”物理模拟+工艺试验的研制路线有助于实现2219铝合金大型结构件旋压成形的“控形” ,基于热模拟结果设计特征旋压温度(300~350℃)、进给比(0.6~1.5 mm/r)、变形量(30%)对2219铝板进行旋压变形,可获得内、外表面质量均良好的大型铝合金壳体,其壁厚差<0.2 mm,且壳体内型面与理论型面样板单边间隙<0.1 mm。

    • 热处理对高强铝合金搅拌摩擦焊接头组织及力学性能的影响

      2018, 48(6):49-53. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2018.06.009

      摘要 (1238) HTML (1702) PDF 4.36 M (2199) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过“搅拌摩擦焊+固溶+人工时效热处理”的方法实现了12 mm厚航天用高强铝合金2A14M的焊接及接头性能改善。研究表明未进行焊后热处理的焊接接头断裂位置位于焊核区,平均抗拉强度为192.3MPa,接头显微硬度呈“几”字形分布,硬度分布峰值位于焊缝区,接头不同特征区域的硬度差高达60。采取的焊后热处理对焊接接头及母材不仅具有细化晶粒、改善组织均匀性及优化强化相分布的作用,还能削弱拉伸过程中尖锐晶界对接头的撕裂作用,从而达到提高接头性能的目的,表现为:焊后热处理使接头内部显微硬度差为20,接头拉伸断裂于焊核区,抗拉强度达到440 MPa,为未进行焊后热处理接头的2.29倍;焊后固溶热处理的搅拌摩擦焊接头其断裂位置在焊核区及母材的几率大致相同,各占约50%,从而实现了提高搅拌摩擦焊接头性能的目标。

    • 环境温湿度对低密度烧蚀材料施工窗口的影响

      2018, 48(6):54-57. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2018.06.010

      摘要 (1396) HTML (1413) PDF 2.35 M (2143) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究环境温湿度对低密度烧蚀材料施工窗口的影响,将低密度预混料在室内放置不同的时间后,再对其进行后续的灌注、固化、加工等处理,进而讨论基体黏度对烧蚀材料的宏观微观形貌及施工工艺的影响。结果表明:基体黏度随放置时间的增加而增加,且有拐点,拐点后环境温湿度对基体的黏度影响更加显著,温湿度越大,基体黏度增大越快;拐点前后灌注的低密度材料的密度、宏观形貌没有明显差别,但拐点前灌注的材料填料在树脂中分布均匀,树脂充分浸润填料,而拐点后灌注的材料填料分布不均匀,树脂不能充分浸润填料,存在孔隙。说明低密度预混料应在基体黏度拐点前进行灌注,环境温度湿度越大,施工窗口越短,反之亦然。

    • 碳纤维/环氧树脂复合材料微波固化试验

      2018, 48(6):58-62. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2018.06.011

      摘要 (1583) HTML (1806) PDF 1.92 M (2896) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用微波固化技术,对碳纤维/环氧树脂复合材料NOL环试样进行固化试验研究。通过开展力学性能测试、电镜扫描及CT扫描,对比分析了热固化与微波固化试样宏观力学性能及微细观形态。结果表明:微波固化与热固化的固化机理不同,微波固化提高了固化反应速率,固化周期缩短了57%;微波固化试样的拉伸强度和层间剪切强度与热固化试样基本相当,但微波固化试样力学性能离散系数更小,碳纤维表面有更多的树脂基体粘附,这是由于微波固化的选择性加热造成的;微波固化试样孔隙率为0.78%~1.05%,稍低于热固化试样。

    • 三种钻头钻削CFRP轴向力的时变曲线及预测

      2018, 48(6):63-67. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2018.06.012

      摘要 (2221) HTML (1727) PDF 3.28 M (2343) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用二刃、三刃双锋角钻头和圆弧形钻头钻削CFRP单向板,研究钻削过程中轴向力时变曲线的特征,并探索用预测轴向力时变曲线上的关键拐点的方法来构建预测轴向力时变曲线模型。结果表明:三刃双锋角钻头的轴向力时变曲线最为稳定,钻削过程最为稳定;轴向力最大的是三刃双锋角钻头,其次是圆弧形钻头,最小的是二刃双锋角钻头,说明二刃双锋角钻头适合钻削CFRP;用预测轴向力时变曲线上的关键拐点的方法构建的轴向力时变曲线可以很好地预测双锋角钻头轴向力时变曲线。

    • 铜基等离子体喷涂钨涂层性能

      2018, 48(6):68-71. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2018.06.013

      摘要 (1322) HTML (1459) PDF 1.70 M (2452) 评论 (0) 收藏

      摘要:阐述了钨涂层微观结构影响机理以及涂层性能。通过等离子体喷涂工艺参数及微观形貌分析涂层微观结构和参数对涂层性能的影响,工艺参数主要包括喷涂功率、喷涂距离、送粉气量等。结果显示钨涂层是由钨粒子熔融沉积平铺成“圆饼状”或“花瓣状”的单层叠加而成,单层呈现柱状晶微观结构,厚度约10 μm、直径约50 μm的“圆饼状”单层是状态比较好的涂层结构。钨粒子熔化状态、沉积速率以及喷涂环境决定了熔化粒子的沉积形貌;与大气喷涂相比,真空喷涂钨涂层气孔率低、传热性能和结合性能较好,适合作为面对等离子体材料的制备技术。

    • 基于原位红外光谱的热固性酚醛树脂固化过程研究

      2018, 48(6):72-77. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2018.06.014

      摘要 (1775) HTML (1956) PDF 1.65 M (2748) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用原位红外光谱测试方法,通过对同一样品在连续变温过程中的红外谱图分析研究热固性酚醛树脂在固化过程中的化学结构变化和固化行为。结果表明:该热固性酚醛树脂的固化过程主要存在两种反应,羟甲基与酚环上的氢之间的取代反应、羟甲基与羟甲基间的缩合反应,且取代反应早于缩合反应发生。随红外曲线的实时变化可知,羟甲基的缩合反应过程中有醚键形成,而羰基的出现与醚键的消失有关。通过对酚醛固化过程中基团变化的连续实时监测,可为热固性酚醛树脂的固化工艺的确定提供科学依据。

    • 纤维夹角和铣削参数对CFRP铣削力的影响

      2018, 48(6):78-83. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2018.06.015

      摘要 (1696) HTML (1349) PDF 3.67 M (2012) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探索CFRP铣削加工中出现的分层、崩边等表面缺陷形成机理,对CFRP进行铣削加工实验。基于单因素实验法获得了纤维夹角对CFRP铣削力的影响规律,基于中心复合曲面设计,获得了硬质合金刀具铣削CFRP过程中铣削速度、每齿进给量和铣削深度对铣削力的影响规律,并构建了铣削力的预报模型。实验结果表明:纤维夹角在0°~90°,铣削力随纤维夹角的增大而降低,而在90°~180°,铣削力随纤维夹角的增大而增大。fzae对三个方向铣削力影响都较为显著。vcy向和z向铣削力影响较为显著,而对x向铣削力影响不显著。铣削力随三个铣削参数的升高而增大,其中每齿进给量对铣削力影响最大。

    • >测试分析
    • 基于频域参量的石英复合材料孔隙超声表征方法研究

      2018, 48(6):84-88. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2018.06.016

      摘要 (1370) HTML (1260) PDF 1.15 M (2083) 评论 (0) 收藏

      摘要:孔隙率对复合材料性能有很大影响。针对高孔隙率复合材料超声表征不足问题,本文把超声功率谱特征和非线性特征应用于表征高孔隙石英酚醛复合材料的孔隙率,即在频域上对比研究孔隙对基波幅值的衰减及谐波幅值的滋生的影响。结果表明:二者均能有效表征高孔隙复合材料的孔隙率。基于频域基波分析的超声功率谱特征参量测量容易,随孔隙增加呈递减变化,在孔隙率较低时具有一定优势;基于谐波分析的超声二阶非线性特征参量,随孔隙增加呈递增变化,对高孔隙率表征更具优势。

    • PBO和芳纶纤维单丝拉伸性能影响因素分析

      2018, 48(6):89-93. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2018.06.017

      摘要 (1373) HTML (1671) PDF 1.62 M (2489) 评论 (0) 收藏

      摘要:使用等速拉伸试验仪测试了进口和国产聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纤维、芳纶纤维的单丝力学性能,探究了不同制样条件、测试条件对有机纤维单丝拉伸性能的影响,影响因素包括拉伸速率、试样标距、纤维含湿率以及热老化温度。结果表明:试样标距由5 mm增至60 mm,4种纤维的Weibull统计强度均逐渐减小;随着拉伸速率由5 mm/min增至200 mm/min,4种纤维的Weibull强度均表现出先增大后减小的变化规律;随着吸湿率增加,进口PBO和芳纶纤维强度逐渐下降;随着老化温度升高,纤维的单丝拉伸强度下降,进口PBO和芳纶纤维在300℃热处理40 h后强度分别下降39.1%和51.6%。

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