• 2023年第53卷第6期文章目次
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    • >综述
    • RTM成型用聚酰亚胺树脂及其复合材料研究进展

      2023, 53(6):1-8. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.06.001

      摘要 (1163) HTML (305) PDF 1.44 M (856) 评论 (0) 收藏

      摘要:聚酰亚胺复合材料因其优异的耐高温性能和机械性能,在航空航天领域获得了广泛应用,但复杂、高成本的热压罐成型工艺难以满足聚酰亚胺树脂基复合材料快速加工成型,限制了其进一步的应用。本文综述了适用于树脂传递模塑成型(RTM)技术的聚酰亚胺树脂及其复合材料的研究现状与发展趋势,重点论述了苯乙炔基封端的聚酰亚胺树脂及其复合材料的国内外研究情况,提高RTM技术成型聚酰亚胺树脂及其复合材料耐温等级的同时保持低充模黏度和高韧性将会是重要的发展方向。

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    • 整流罩用降噪材料与结构及声场分析方法

      2023, 53(6):9-16. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.06.002

      摘要 (243) HTML (206) PDF 1.03 M (827) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了有效改善整流罩内声振环境,最常见并且高效的方法是通过在整流罩的壁面铺覆降噪材料来降低噪声的声压级。本文总结了国内外整流罩降噪材料的工程应用及研究进展,详细介绍了几种主要降噪材料的基本性能和降噪原理,对不同频段下适用的声场分析方法及过程作了阐述,并提出了对我国在降噪材料领域研究发展的建议。

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    • >计算材料学
    • 斜纹机织热塑性复合材料低速冲击损伤及多尺度数值模拟研究

      2023, 53(6):17-25. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.06.003

      摘要 (308) HTML (189) PDF 5.27 M (708) 评论 (0) 收藏

      摘要:机织复合材料在服役过程中不可避免地遭受低速冲击而引起内部损伤,导致材料性能减退。本文以斜纹机织热塑性复合材料为研究对象,通过实验与模拟相结合的方法研究其在低速冲击下的损伤行为。构建了微观、介观和宏观串行的多尺度模型对斜纹机织热塑性复合材料低速冲击损伤行为进行预测,并在5和10 J的冲击能量下,对其进行低速冲击试验以验证该多尺度模型的正确性。结果表明,微观、介观和宏观串行的多尺度模型能够准确地预测出斜纹机织热塑性复合材料的冲击损伤特性;在较大的冲击能量下,材料正面和背面均出现了损伤,且损伤以纤维断裂为主;低速冲击数值模拟所预测的力响应曲线与试验结果表现出良好的一致性,数值模拟损伤面积的误差在10%以内。

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    • 复合材料变截面压杆变形性能研究

      2023, 53(6):26-31. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.06.004

      摘要 (463) HTML (235) PDF 892.15 K (640) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了对复合材料变截面压杆的变形性能进行理论预测,本文以航天器空间桁架结构中的复合材料变截面压杆作为研究对象,首先,基于经典层合板理论,将复合材料变截面杆的壁板等效为主方向与杆轴线方向一致的正交异性板,此时复合材料变截面杆可近似为正交异性杆;其次,基于弹性变形理论和小变形假设,推导了反映杆轴向变形能力的等效轴压刚度理论公式;最后,利用有限元对等效轴压刚度理论的准确性进行了验证。结果表明,不同中间半径和变截面段长度条件下,理论值和有限元值之间的偏差基本保持在3%以内;不同铺层角条件下,理论值和有限元值之间的偏差基本保持在2%以内。因此,本文的理论能够较准确地预测复合材料变截面压杆的变形。

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    • CFRP/TC4叠层结构钻削仿真与实验研究

      2023, 53(6):32-39. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.06.005

      摘要 (462) HTML (223) PDF 1.81 M (644) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究CFRP/TC4叠层结构不同叠层顺序下的材料去除过程、两相材料及界面损伤形成机理,建立CFRP/TC4叠层结构钻削的有限元模型,并通过实验获得的轴向力、缺陷类型验证了模型的正确性。研究结果表明,当钻削顺序为CFRP→TC4时,CFRP入口处产生以撕裂型为主的入口分层,CFRP出口处未产生明显的推出分层,但在钻头的持续旋转作用下形成界面分层;当钻削顺序为TC4→CFRP时,当钛合金待切削层厚度较低时,轴向推力超过CFRP层间界面结合强度时产生界面相失效,TC4→CFRP的界面损伤比CFRP→TC4更加严重;TC4→CFRP主要形成以张开型、滑开型裂纹扩展为主的推出分层。

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    • >新材料新工艺
    • SiCp/Al二维超声复合电解/放电加工的表面生成机理及试验研究

      2023, 53(6):40-47. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.06.006

      摘要 (374) HTML (145) PDF 3.79 M (603) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对复合材料高质量的加工要求,结合各加工技术的优点,本文提出二维超声复合电解/放电加工技术(2UECM/EDM),并对其表面生成机理进行深入研究。利用二维超声辅助磨削加工时单磨粒的运动轨迹对加工表面沟槽的加宽作用和电解/放电加工的整平作用,通过研磨面积比(δs)来分析复合材料表面形貌和表面粗糙度(Ra)的变化规律,并进行了复合材料SiCp/Al维超声复合电解/放电加工的表面生成机理对比试验。结果表明,单周进给距离、电压和二维超声振幅等参数影响加工表面质量。其中,表面粗糙度与磨粒单周进给距离的变化趋势一致;较高电压时电解/放电加工效应显著,导致增强颗粒裸露进而增加了Ra;轴向和切向二维振动共同作用下显著增大δs值,而其值在1.8附近时Ra出现明显的转折变化趋势。因此,当δs大于1.8时的工具和工件振幅以及较低电压参数,加工时对增强颗粒的拖曳和碾压可以显著降低表面不平度、较大幅度提高工件表面质量。

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    • 混杂复合材料层合板抗冲击性能研究

      2023, 53(6):48-53. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.06.007

      摘要 (161) HTML (172) PDF 1.66 M (605) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探究复合材料层合板在实际应用中因承受冲击载荷而造成的结构安全问题,本研究采用实验和仿真相结合的方法,首先探究冲头形状对复合材料层合板损伤机理的影响,然后结合不同冲击能进一步揭示层合板的承载力和能量吸收变化规律。结果表明,相同冲击能下,层合板的损伤范围和承载力随着圆锥头、半球头、平头依次增加;相应的层合板的临界穿透能量随着圆锥头、半球头、平头依次增大;冲头形状和冲击能对层合板的吸能能力有较大的影响。

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    • 铝合金表面贯穿式复合涂层设计、制备及性能研究

      2023, 53(6):54-58. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.06.008

      摘要 (300) HTML (165) PDF 1.38 M (617) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了改善航空航天用铝合金的耐磨性能,尤其是保证在使用环境温度升高情况下铝合金的正常使用。本文在机械球磨涂层与基体之间扩散层形成原理的基础之上,设计三维立体状扩散层来增大涂层与基体之间结合性能;采用融合机械球磨、激光织构微孔和电沉积3种技术在铝合金表面制备贯穿式复合涂层,对复合涂层的力学和摩擦学性能进行测试分析。结果表明,电沉积Ni涂层完全覆盖了机械球磨涂层的织构表面,经过热处理后机械球磨涂层和电沉积涂层显微硬度分别约为285和165 HV,并且铝合金基体、机械球磨涂层和电沉积涂层3者界面处形成了三维立体结构扩散层。铝合金在室温情况下摩擦学性能表现正常,但在300 ℃下出现失效现象。针对4种复合涂层,室温下N150复合涂层的摩擦因数最低(约为0.7);300 ℃下N100、N150、N200复合涂层摩擦因数约为0.5。两种温度环境下4种样品的磨损率分布在(0.9~1.6)×10-3 mm3/(N·m),N100和N150复合涂层性能表现略好。采用该方法制备的贯穿式复合涂层在室温和300 ℃环境下有效的保护了铝合金基体,拓宽了铝合金的适用范围。

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    • (Hf0.25Zr0.25W0.25Ti0.25)B2高熵陶瓷的组织结构与力学性能

      2023, 53(6):59-63. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.06.009

      摘要 (440) HTML (221) PDF 1.49 M (608) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高高熵硼化物陶瓷的性能,扩大高熵硼化物陶瓷家族,本文通过硼热/碳热还原法结合SPS制备(Hf0.25Zr0.25W0.25Ti0.25)B2高熵硼化物粉末与陶瓷,并对其物相组成、组织形貌和力学性能进行研究。结果表明,经1 600 ℃热处理后(Hf0.25Zr0.25W0.25Ti0.25)B2高熵硼化物粉末除了检测出高熵相,还检测到W2B5第二相,粉末粒径为(0.29±0.03) μm;2 000 ℃烧结后W2B5减少,高熵相的衍射峰向高角度偏移,致密度达95.7%,引入WB2后其具有优异的力学性能,硬度(21.3±1.5) GPa,断裂韧性(3.00±0.22) MPa·m1/2

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    • 激光辅助车削工艺参数对单晶硅表面质量的影响

      2023, 53(6):64-68. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.06.010

      摘要 (389) HTML (282) PDF 1.15 M (728) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高单晶硅激光辅助车削加工表面质量,通过开展激光辅助和常规车削加工试验,结合表面粗糙度、表面形貌及拉曼光谱检测,研究激光辅助车削技术对加工质量的影响。基于正交试验方法,研究单晶硅激光辅助车削工艺参数对表面粗糙度的影响;通过方差分析和极差分析评估各因素对表面粗糙度的影响。研究结果表明:与常规车削相比,激光辅助车削可有效提高加工表面质量,降低材料表面的残余应力。主轴转速、进给速度、切削深度和脉冲占空比对表面粗糙度的贡献率分别为17.51%、44.48%、6.69%和14.70%。确定最佳加工参数组合如下:主轴速度为4 000 r/min,进给速度为2 mm/min,切削深度为5 μm,脉冲占空比为30%,最终获得表面粗糙度Rq为2.4 nm的高质量表面。

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    • 框桁式火箭贮箱壁板结构激光焊接变形仿真研究

      2023, 53(6):69-74. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.06.011

      摘要 (513) HTML (194) PDF 2.26 M (643) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对框桁式火箭贮箱壁板结构双激光束双侧同步焊接(DLBSW)变形开展仿真研究。首先,建立了框桁式火箭贮箱壁板结构DLBSW有限元模型,并通过试验验证了该模型的可靠性;其次,重点考察了焊接顺序与方向对框桁式火箭贮箱壁板结构激光焊接变形的影响,获得了变形控制策略;最后,采用该优化方案,成功完成了框桁式火箭贮箱DLBSW壁板的研制。结果表明,采用“交叉中心焊”的焊接顺序,可极大程度地降低焊接变形;在焊接顺序优化的基础上,改变中间三条焊缝的焊接方向,可进一步降低焊接变形。

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    • >测试分析
    • 极端温度下功率SiGe HBTs辐照特性研究

      2023, 53(6):75-81. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.06.012

      摘要 (252) HTML (163) PDF 1.32 M (578) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究不同发射极面积的SiGe HBTs在极端温度下的辐照特性,本文系统地表征了质子辐照前后功率硅锗异质结双极晶体管(SiGe HBTs)在不同温下的辐照特性;揭示发射极面积与功率SiGe HBTs的辐照损伤相关性;对功率SiGe HBTs器件进行建模研究,提取辐照影响器件内部的主要参数;表征了不同条件下辐照前后电子密度变化量(Δ edensity)、载流子复合率变化量(Δ SRH recombination)以及载流子迁移率变化量(Δ emobility),对辐照影响功率SiGe HBTs的内部物理机制进行系统的分析。研究结果表明,功率SiGe HBTs的发射极面积与质子辐照损伤成正比,性能退化严重;在极端温度下,具有更好的抗质子辐照能力;在抗辐照领域和空间应用等领域有巨大的潜力。

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    • 准一维传热下冷面绝热边界材料对隔热试验结果的影响

      2023, 53(6):82-86. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.06.013

      摘要 (160) HTML (228) PDF 1.24 M (564) 评论 (0) 收藏

      摘要:为评估冷面绝热边界对试验结果的影响,在充分验证测控系统可控性和试验方法稳定性的基础上,分别以柔性隔热毡、刚性隔热瓦和纳米隔热材料为冷面绝热边界,对陶瓷纤维刚性隔热材料进行500 ℃、3 000 s的石英灯热辐射考核试验,并利用迭代绝热边界当量热导率的方法对试验结果进行了模拟计算和分析。结果表明,以柔性隔热毡为冷面绝热边界时隔热材料的冷面温度最高,刚性隔热瓦和纳米隔热材料为冷面绝热边界时则冷面温度较低且相近,3者间最大相对偏差高达19.0%。模拟计算证实由冷面绝热边界材料引起的接触热阻对试验结果起到了决定性作用,而不简单地取决于绝热边界材料的隔热性能。

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    • >工程实践
    • 真空汽相焊冷却速率对多层板焊点质量的影响

      2023, 53(6):87-92. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.06.014

      摘要 (105) HTML (196) PDF 3.39 M (539) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决多层印制板真空汽相焊由于焊后冷却不足导致的焊点纹路问题,本文确定多层板焊点纹路出现的根本原因,对焊后冷却区进行改造,进而研究不同焊接工艺对焊点表面形貌、内部组织形貌及焊点力学性能的影响。实验结果表明,快冷下焊点形成的界面金属化合物(IMC)更薄,焊点组织也更加均匀,即Pb在Sn中的分布更弥散。快冷下形成的IMC层晶粒直径在1 µm左右,剪切强度为17.26 MPa,较慢冷提高了43%,达到细晶强化的目的。此外,由于冷却速度过慢导致的焊点表面纹路缺陷也得到明显改善。

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    • 无头铆钉成型过程的有限元仿真与试验分析

      2023, 53(6):93-97. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.06.015

      摘要 (262) HTML (111) PDF 2.39 M (666) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用ABAQUS建立有限元分析模型,分析了66°锥形铆模压铆无头铆钉的成型过程。对成型后的试片进行了力学及金相分析,并将结果与普通半圆头铆钉进行对比。研究结果表明,无头铆钉的压铆变形过程为钉杆中间最早涨粗,墩头部分成型,随后钉杆部分逐步与孔壁均匀挤压的过程;随着压铆位移的增加,无头铆钉拉脱强度及剪切强度均呈上升趋势;与传统平铆模成型的半圆头铆钉相比,在锥形铆模的作用下,金属材料向钉杆流动更加均匀,墩头两侧的绝热剪切效应明显弱化。

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    • 成型压力对EPDM绝热层性能影响研究

      2023, 53(6):98-102. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.06.016

      摘要 (92) HTML (138) PDF 3.29 M (545) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了减少复合材料壳体成型缺陷并优化壳体缠绕工艺,本文采用显微镜观察了较低硫化成型压力下EPDM绝热层内部致密性的变化情况,研究了硫化成型压力对EPDM绝热层本体性能和界面粘接性能的影响规律。结果表明,当成型压力小于0.15 MPa时,硫化后绝热层的内部不致密,存在较多孔隙,表现为密度、力学性能和烧蚀性能均较低;随着硫化成型压力增加,孔隙率逐渐减少直至消失,本体性能和界面粘接性能亦达到一个较高的稳定值,满足使用要求。

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