固体火箭技术 /oa 复合材料壳体挂机飞行一体化结构优化设计分析 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20190601 针对固体火箭发动机复合材料壳体挂机飞行一体化结构优化设计问题,提出了基于拓扑优化和多参数目标驱动优化相结合的两步设计法。首先针对挂机飞行金属结构进行拓扑优化,优化后结构质量由8.6 kg降低至6.0 kg,实现了结构轻量化设计目的;然后针对复合材料挂机飞行一体化结构进行多参数目标驱动优化并进行参数敏感性分析,结构整体质量由6.0 kg进一步降低至5.94 kg。参数敏感性分析结果表明,挂飞连接支座上肢板厚度为关键尺寸,而挂飞结构外缠绕层宽度对整体结构强度贡献较小。静力载荷试验结果表明,壳体及挂机结构应变在10~140 kN前应变与载荷基本呈线性增长,当超过140 kN后挂机结构外部环向纤维开始断裂,挂机结构出现破坏,载荷设计值与实验值相对误差为15.6%,这是由于载荷试验采用单一吊耳加载而导致结构受力过于集中而相对容易发生破坏。 2019年12月25 00:00 2019年06期 679 685 3439953 刘鎏1,张蕾蕾2,宋学宇1,3,贾有军1,刘浩1 铺层结构对复合材料层合板固有频率的影响 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20190602 搭建四角简支的复合材料层合板的模态振动实验平台。使用锤击单点激励法获取层合板不同测点位处的频响函数;利用DHDAS动态信号分析系统测得不同铺层结构复合材料层合板的前三阶固有频率,及对应的振型;进一步分析铺层结构对复合材料层合板的振动特性的影响。结果表明,改变测点位置对层合板整体的固有频率影响较小;复合材料层合板的铺层结构对固有频率有很大影响;[0°/90°/±45°]s4铺层结构的层合板的抗冲击性最强、结构整体的刚度最高。 2019年12月25 00:00 2019年06期 686 691 2777717 牛雪娟1,2 ,张准1,杨涛1, 碳纳米管增强层合板胶接接头力学性能 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20190603 为了增强碳纤维复合材料层合板单搭接胶接接头的力学性能,试验研究了将CNTs分散到胶粘剂中对提升胶接接头力学性能的影响。试验过程中设置了CNTs的4种不同的质量分数,分别为0%、1.5%、2.0%、2.5%,之后对不同质量分数的CNTs胶粘剂的胶接接头进行单向拉伸试验和三点弯曲试验。试验结果表明,对于受到单向拉伸载荷的试件,当CNTs的质量分数为2.0%时,接头的失效载荷最大,与CNTs的质量分数为0%时相比,接头的失效载荷提升了84.74%;对于受到三点弯曲载荷的试件,当CNTs的质量分数为2.0%时,接头的失效载荷最大,与CNTs的质量分数为0%时相比,接头的失效载荷提升了55.86%。由此表明,胶粘剂中加入碳纳米管(CNTs),不仅可提升胶粘剂的拉剪强度,而且增强了胶粘剂与接头表面的粘接性。 2019年12月25 00:00 2019年06期 692 698 1522846 原文慧1,2,杨涛1,2,杨冠侠2,侯思宇2,杜宇2 基于GRNN的三元乙丙橡胶薄膜粘接界面力学性能参数反演 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20190604 基于广义回归神经网络(GRNN),提出了一种获取粘接界面的内聚强度和断裂韧性的数值方法。在ABAQUS中建立了双悬臂夹层梁(DCSB)的三维有限元模型(FEM),引入双线性内聚力模型描述界面单元的本构关系,采用不同的内聚参数计算加载点的载荷-位移关系。将有限元计算结果整理后作为广义回归神经网络的训练样本,将实验结果作为输入,预测了粘接界面的力学性能参数。结果表明,采用GRNN和Hooke-Jeeves算法获取粘接界面的力学性能参数分别需要进行25轮次和62轮次有限元分析,与GRNN和修正梁模型对应的加载点载荷-位移曲线和实验曲线之间的最大相对误差分别为1.12%和6.67%,基于GRNN的反演方法能够快速、准确地获取粘三元乙丙橡胶薄膜接界面的力学性能参数。 2019年12月25 00:00 2019年06期 699 705 1638391 刘应雷1,高波2,姚东1 高回复力低密度新型航天高温形状记忆材料 /oa/darticle.aspx?type=view&id=2019-605 针对当前高温形状记忆合金材料加工难度大、密度较高,而高温形状记忆聚合物材料回复应力小、难以满足实际应用需求的问题,制备了一种高回复力、低密度的新型高温形状记忆聚酰亚胺复合材料。该材料通过在形状记忆聚酰亚胺基体中引入双向碳纤维布作为增强相而制得,其玻璃转化温度为303 ℃,回复应力达130 MPa、密度为0.98×103 kg/m3。其回复应力媲美一些高温形状记忆合金,远高于其他形状记忆聚合物材料,但密度则不足合金的1/6。研究结果表明,该材料在形状回复过程中,能够掀翻为其自身重量170倍的金属板,在高温连接套管、自动开尾栓、弹性变形翼等领域有重要的应用前景。 2019年12月25 00:00 2019年06期 706 710 1862869 肖鑫礼1,李杰2,郭安儒2,孔德艳1 石墨烯改性溶胶-凝胶复合涂层的制备及其防腐性能 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20190606 利用溶胶-凝胶技术在铝合金表面制备石墨烯改性溶胶凝胶膜层,形成复合涂层。通过扫描电镜和能谱测试,分析涂层的表面形貌及成分。采用动电位极化曲线和交流阻抗测试不同石墨烯添加量时复合涂层的电化学性能。研究表明,石墨烯添加后能够形成均匀且较为致密的复合涂层,且与单一的溶胶-凝胶涂层相比,复合涂层具有更正的腐蚀电位(-1.18 V)、更低的腐蚀电流密度(2.84 μA/cm2)和更大的线性极化电阻(415.49 kΩ?cm2),说明石墨烯添加提高了涂层的防腐蚀性能,然而当石墨烯添加量超过0.5%时,石墨烯发生团聚,产生膜层缺陷,降低复合膜层的防腐性能。研究结果为制备溶胶凝胶复合涂层及提高铝合金的耐蚀性提供了研究思路。 2019年12月25 00:00 2019年06期 711 716 1716921 王楠,文陈,白晶莹,崔庆新,李思振,张立功 POSS改性EPDM耐烧蚀复合材料的制备及性能 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20190607 由于高性能推进剂的广泛应用,导致固体火箭发动机燃烧室内的燃烧温度与工作压强不断升高,因此研制出性能更加优异的隔热层迫在眉睫。以三元乙丙橡胶(EPDM)为基体,气相纳米SiO2为补强填料,首次引入八甲基丙烯酰氧基丙基POSS(MA-POSS),经由过氧化物引发双键之间的自由基聚合反应,制备了POSS改性EPDM耐烧蚀复合材料。研究了MA-POSS与气相纳米SiO2的添加量对隔热材料的交联度、力学性能、热稳定性、耐烧蚀性能的影响。在POSS与气相纳米SiO2协同作用下,改性后的材料各项性能均有所提升。结果表明,当气相纳米SiO2含量为40份、MA-POSS为5份时,凝胶含量高达92.61%,拉伸强度为12.02 MPa;MA-POSS含量为3份时,复合材料的线性烧蚀率和质量烧蚀率最低,分别为0.296 mm/s和0.100 g/s。 2019年12月25 00:00 2019年06期 717 723 2287339 刘昊东1,聂晶1,朱光明1,侯晓2 C/C-SiC-HfB2多元陶瓷基复合材料烧蚀机理分析 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20190608 针对C/C复合材料抗氧化性能差的问题,采用化学气相沉积和先驱体浸渍裂解炭化复合致密方法制备出密度为1.85 g/cm3的C/C-SiC-HfB2复合材料,通过氧乙炔火焰烧蚀测试了材料的质量烧蚀率和线烧蚀率,借助SEM、XRD和能谱等观察分析了微观结构及物相变化,详细研究并阐述了C/C-SiC-HfB2复合材料的高温抗氧化烧蚀机理。结果表明,制备的C/C-SiC-HfB2复合材料烧蚀率低,质量烧蚀率为0.001 g/s,线烧蚀率为0.003 mm/s;良好的烧蚀结果是因为在烧蚀过程中,在材料表面形成HfO2热障材料层、致密的SiO2玻璃层和SiO2/HfO2氧化复合层,阻碍了氧气和热量从表面向材料内部的传递,使氧化烧蚀行为只限于表面,保护了材料内部不受破坏,提高了材料的高温抗氧化、抗烧蚀性能。 2019年12月25 00:00 2019年06期 724 729 2903206 田蔚,白侠,郭春园 正己基三苯乙炔基硅烷的合成及其非等温固化动力学 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20190609 以正己基三氯硅烷和苯乙炔为原料,通过Grignard反应成功制备正己基三苯乙炔基硅烷(NTPES)。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和核磁共振波谱(1HNMR、13CNMR和29SiNMR)对NTPES单体结构进行表征。通过差示扫描量热仪(DSC)确定NTPES单体的固化工艺,采用4种动力学分析方法(Kissinger、Ozawa、Flynn-Wall-Ozawa和Friedman法)研究单体的固化动力学参数,并预测固化反应机理。实验结果表明,NTPES单体固化符合自催化反应机理,固化反应活化能为158.30 kJ/mol;反应级数m=0.61;n=0.54;指前因子lnA=29.53 s-1,单体的热聚合主要发生炔键环化反应。 2019年12月25 00:00 2019年06期 730 736 2120040 谭德新1,梁梅1,陈国新1,陆海仁1,汪猛2,王艳丽1 一种快速固化外防热层修复材料配方性能 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20190610 针对修复某型号发动机外防热涂层局部损伤的难题,研制了一种能够室温快速固化的修复材料,测试了其相关性能及应用。结果表明,该材料的拉伸剪切强度≥8.0 MPa,热导率为0.337~0.368 W/(m?K),线烧蚀率为0.12~0.27 mm/s,质量烧蚀率为0.070~0.091 g/s,室温条件(15~30 ℃)下12 h即可固化,通过了高、低温循环冲击试验考核,环境适应性良好,能够有效修复外防热层的损伤,是一种综合性能优良的修复材料。 2019年12月25 00:00 2019年06期 737 740 957006 苏菁1,周一博1,邹德荣2,李晓奋1,马天信1 碳纤维/PBO纤维层间混杂复合材料性能 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20190611 分别采用HTAP30碳纤维、T800碳纤维与PBO纤维进行了层间混杂,研究了不同的混杂比、不同性能的碳纤维以及不同的粘接界面对PBO/碳纤维复合材料的拉伸性能和层间剪切性能的影响。试验结果表明,T800与PBO纤维混杂后,复合材料的强度表现出混杂负效应,而模量和层间剪切强度表现出混杂正效应,且均随混杂比的增大而降低。PBO纤维经过表面处理后,提高了混杂复合材料的弱界面层粘结性能,从而强度、模量、层间剪切强度的混杂效应系数均有不同程度的增大,尤其是层间剪切强度的混杂效应系数提高程度很大,并且与纤维的表面状态密切相关。随着PBO纤维的混入,可降低复合材料性能的分散性(离散系数),提高质量可靠性。 2019年12月25 00:00 2019年06期 741 746 2203243 王斌1,2,3,王文静1,吕钧炜1,3,彭涛3,范新年3,周万立3,赵春霞1,李辉1 国产低导热PAN基碳纤维制备及其在绝热材料的应用 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20190612 为拓展碳纤维在绝热材料领域的应用,将实验室自制原丝通过低温炭化工艺制备得到了低导热聚丙烯腈(PAN)基碳纤维,分析了该碳纤维的化学组成、微观结构、表面形貌、热性能和力学性能等;并制备了低导热碳纤维增强酚醛树脂橡胶基绝热材料,探讨其热性能和烧蚀性能的变化规律和影响因素。结果表明,采用低温炭化,碳纤维的碳元素含量和结晶度相对较低,导致其热性能和力学性能较差,其中热导率最大可比MT300碳纤维降低46.9%,但有利于绝热材料的制备。炭化温度为900 ℃时,碳纤维绝热材料的热导率比MT300碳纤维绝热材料降低23.4%,线烧蚀率提高39.5%。该材料的制备工艺及关键性能参数可为国产碳纤维在固体火箭发动机内热防护领域的应用提供借鉴和参考。 2019年12月25 00:00 2019年06期 747 752 1287404 曹莉娟1,吕晓轩1,朱家麟2,邹德荣2,杨禹1 低密度碳/酚醛复合材料的制备及其性能研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20190613 以降低传统碳/酚醛复合材料密度为目的,在对复合材料密度进行理论分析计算的基础上,采用在酚醛树脂中添加轻质填料的方法制备低密度碳/酚醛复合材料,按照正交实验法对轻质填料含量以及复合材料制备工艺参数进行分析与优化。结果表明,分别采用聚丙烯腈基碳纤维和粘胶基碳纤维作为增强材料,研制的碳/酚醛复合材料的密度分别为1.339 g/cm3和1.211 g/cm3,拉伸强度分别为294 MPa和131 MPa,剪切强度分别为15.0 MPa和14.7 MPa,室温热导率分别为0.215 W/(m?K)和0.476 W/(m?K),200 ℃热导率分别为0.340 W/(m?K)和0.599 W/(m?K),氧乙炔线烧蚀率分别为0.011 mm/s和0.030 mm/s,复合材料密度降低的同时,其他性能满足固体火箭发动机喷管烧蚀防热材料的使用要求。 2019年12月25 00:00 2019年06期 753 757 1029868 刘毅佳,项文青,滕会平,曾晓梅,郭亚林 高温射流冲击大丝束碳纤维实验与仿真分析 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20190614 为更好地研究大丝束碳纤维在射流冲击作用下的展纤机理,设计了高温射流冲击试验装置。通过正交试验,并引入极差这一指正参数,参数化地分析了热气流喷距、纤维丝束跨距和纤维丝束张力对展纤效果的影响。建立高温射流流场的三维CFD模型,通过实验与仿真对比分析射流中心轴线上的速度分布来验证仿真模型的正确性,获得流场中心平面上的速度分布云图,并对高温射流冲击作用下纤维壁面的压力和温度的分布情况进行分析。CFD仿真和射流冲击试验的结果较好地吻合,通过分析结果得出适合于48K大丝束碳纤维展纤的最优工艺参数。当在喷距为80 mm,纤维跨度为100 mm,砝码质量为15 g条件下进行展宽,纤维铺展均匀,展宽效果最佳,宽度可达到50 mm。 2019年12月25 00:00 2019年06期 758 764 2371696 陈金良1,牛雪娟1,2,张准1 EPDM绝热层中氧化锌与硬脂酸反应动力学研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=200190615 通过液相色谱法测定EPDM绝热层胶片在不同硫化温度和硫化时间下的残留硬脂酸含量,采用Excel软件和积分法并用的手段研究了(200±10)、(90±10)、(50±10)、(30±10)nm四种纳米氧化锌和对三元乙丙绝热层中氧化锌与硬脂酸反应动力学的影响。结果表明,随着纳米氧化锌粒径增大,反应级数n逐渐增大,最终增幅趋缓,反应级数n趋于一定值;随着纳米氧化锌粒径减小,比表面积增大,粒子的摩尔表面能Esm增大,速率常数k增大,反应的表观活化能Ea下降,反应速率加快;随着纳米氧化锌粒径减小,粒子的摩尔表面熵降低,反应的摩尔活化熵也随着降低,最终指前因子A也降低。 2019年12月25 00:00 2019年06期 765 770 1163611 陈馨,何永祝,王明超,周俊,任雯君 酚醛树脂溶液浓度对液相浸渍-化法制备C/C复合材料浸渍效率的影响 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20190616 以2.5D针刺炭毡为增强体,酚醛树脂为先驱体,采用液相浸渍碳化法制备C/C复合材料。对酚醛树脂先驱体溶液的流变性能、凝胶性能、固化行为及失重行为等性能进行全面的分析,为后续工艺优化提供指导,研究了酚醛树脂溶液浓度对2.5D针刺炭毡浸渍效率的影响。结果表明,当浸渍温度为60 ℃时,酚醛树脂溶液的粘度在4 h的浸渍时间内保持在200 mPa?s左右,在1.5 MPa下加压浸渍3 h,循环6个周期的浸渍固化炭化工艺过程后,浓度为75%的酚醛树脂溶液的浸渍效果较好,浸渍效率高。 2019年12月25 00:00 2019年06期 771 778 2237278 张哲,赵鹏,孙国栋,李辉,俞鹏飞,解静,潘宪清,纪则藩,王伟 PI短纤维对EPDM绝热层平行压延方向断裂伸长率的影响 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20190617 研究了聚酰亚胺短纤维(PI)的断裂强度和长度对三元乙丙绝热层(EPDM)平行压延方向上拉伸力学行为的影响,探讨了PI短纤维在绝热层中的分散性对绝热层断裂伸长率的影响,并提出了在Cox剪滞理论基础上的机理解释,使用扫描电子显微镜(SEM)表征了混炼前后的PI 短纤维表面形貌与不同强度的PI 纤维填充绝热层的拉伸断面形貌。结果表明,随着PI短纤维强度的提高,绝热层伸长率呈下降趋势且PI纤维的分散不均使得绝热层伸长率波动较大;当PI短纤维长度较短时,纤维易被剪切分散,绝热层伸长率较稳定;表面形貌结构规整的PI短纤维在绝热层混炼时高速机械剪切力下不易受损伤;在绝热层的拉伸断面上不同强度的PI短纤维表面均未附着有胶料,与绝热层基体的界面粘合强度均较低。 2019年12月25 00:00 2019年06期 779 785 5851016 张琰,何永祝,胡建江,王明超,周俊,陈雯,任雯君 随机模型预测温度条件下复合材料横向拉伸刚度 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20190618 为研究树脂基复合材料在温度条件下的横向拉伸刚度,采用随机碰撞法(又称粒子动力法,MDA)生成随机分布的纤维/树脂细观几何模型,并进行有限元分析。通过引入周期性边界条件实现单轴加载,获得复合材料在温度载荷下的热应力以及单轴载荷下的力学响应。结果表明,利用循环碰撞随机模型得到的复合材料横向刚度离散系数在0.5%以下,远优于试验值;对于200 ℃条件下的复合材料横向刚度,预测值误差在10%以内。针对不同纤维体积含量的复合材料,20 ℃条件下的拉伸刚度预测值与理论值吻合很好,而160 ℃和200 ℃时,预测值比理论值低。 2019年12月25 00:00 2019年06期 786 792 2051646 李帅,温卫东,张宏建 SiCp/Al复合材料超声磨削表面缺陷形成机理仿真研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20190619 对SiCp/Al复合材料超声磨削表面缺陷形成机理进行了仿真研究。研究结果表明,碳化硅颗粒的去除形式主要包括翻滚压入、破碎断裂和脱粘拔出3种。由于金刚石磨粒的推挤下压作用,碳化硅颗粒会出现应力集中现象,并由于与金刚石磨粒的相对位置不同而出现翻滚压入、局部破碎断裂、完全破碎断裂和脱粘拔出现象。碳化硅颗粒的破碎断裂和脱粘拔出形成的凹坑是加工表面的主要缺陷形式。超声振动作用使得碳化硅颗粒更易以小切屑或塑性的方式去除。同时,超声振动作用有利于排屑,从而改善提高了已加工表面质量。仿真结果与实验结果吻合良好。 2019年12月25 00:00 2019年06期 793 800 5063909 郑伟1, 刘岭2,张群2,赵建设1,崔国星1,王其3 熔滴过渡模式及丝材对电弧增材制造Al-6.3Cu合金气孔含量的影响 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20190620 高强铝合金(Al-6.3Cu)电弧增材制造技术在航天领域具有广泛的应用前景。以电弧增材单壁墙结构为对象,采用气孔面积统计分析的方法,研究了熔滴过渡模式及不同厂家丝材表面质量对成形的Al-6.3Cu铝合金气孔尺寸、数量的影响规律。结果表明,Advanced CMT +P熔滴过渡模式因熔池尺寸小、焊丝与已沉积层表面阴极雾化去除氧化膜充分、熔池搅拌作用强等原因,成形的单壁墙内部气孔较少;丝材表面粗糙度对成形气孔有一定影响,表面粗糙度越高,气孔含量越高。 2019年12月25 00:00 2019年06期 801 807 3167467 李权1,2,罗志伟1,冯晨1,张睿泽1,李晗1,孙超1,王福德1,曾晓雁2 自然时效对Al-Zn-Mg合金搅拌摩擦焊接头显微硬度与残余应力影响 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20190621 搅拌摩擦焊接与弧焊有本质的不同,材料经历的温度循环特征、约束状态与弧焊区别明显,应进一步开展长期服役性能的研究。归纳了搅拌摩擦焊接的特殊性,针对Al-Zn-Mg系T4态铝合金材料,测试分析了焊后随时效残余应力分布、硬度变化特征,测试焊缝及前进、退出侧的极化曲线,发现了搅拌摩擦焊接接头的焊接残余应力回升现象。结合接头硬度、组织特征,实际生产中搅拌摩擦焊接缺欠特征及位置概率,与搅拌摩擦焊接接头电化学测试结果印证,对应力回升引起的应力腐蚀风险等工艺风险性进行了预测。上述工作对认识、规范搅拌摩擦焊接生产,保证焊接质量具有重要的工程价值。 2019年12月25 00:00 2019年06期 808 813 2483109 路浩1, 韩佩1, 梁志敏2, 邢立伟1 碳纤维复合材料车削加工技术研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20190622 碳纤维复合材料硬度高,耐磨性强,属于典型的难加工材料,易产生分层、毛刺、开裂等加工缺陷。研究了车削工艺参数:切削深度ap、主轴转速n、切削进给量f对碳纤维复合材料构件加工表面质量的影响。结果表明,按以下工艺参数选取时,可获取最高生产效率和最佳加工表观质量;精加工时,选取切削深度ap=0.3 mm、切削进给量f=0.1~0.2 mm/r、主轴转速v=100~120 r/min;粗加工时,选取切削深度ap=3 mm、切削进给量f=0.3~0.8 mm/r、主轴转速v=60~80 r/min。 2019年12月25 00:00 2019年06期 814 817 1229499 孙坤,徐红霞,刘小建,张军,牛军 关节臂式三维测量对复杂铸件验收的应用 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20190623 针对大型复杂铸件毛坯加工前验收现有钳工划线方法操作难度大、耗时费力、效率低等难题,提出了一种关节臂式三维测量新型便捷的测量方法。首先从最终产品数模中提取待测物体数模坐标系,选取基准点坐标,建立工件坐标系,然后利用关节臂对铸件实物表面进行轨迹测量实施,最终按测量需要,进行数据处理,将扫描的铸件实物三维形貌与最终产品数模对比,可直观得出各铸造面铸造余量及分配情况。通过航天产品遥感器相机典型零件可见三镜支撑架和桁架的测量,对比了与钳工划线方法的差异,解决了传统划线方法无法克服的技术难题和难点。经实物验证表明,该方法对空间复杂铸件,可实现快速、准确的加工前验收,能够提高铸件产品验收质量和效率。 2019年12月25 00:00 2019年06期 818 822 1660305 张志刚1,2,李星1,2,李松1,2,陈曦1,2,何东科1,2,张博伟1,2,王刚1,2