北京航空材料研究所先进复合材料研究室

复合材料是材料科学的一个重要领域,在当今各门学科彼此渗透和相互推动下,发展极为迅速,在航空、航天及民用工业的许多部门得到日益广泛的应用,已成为飞行器减轻重量、提高性能、降低消耗、延长使用寿命最有潜力和必不可少的材料。其使用的多少反映着一个国家技术发展水平的高低,也是衡量飞行器性能的重要标志之一。 北京航空材料研究所的复合材料研究始于50年代末期,建所初期就组建了玻璃纤维增强塑料专业;60年代末期开始先进复合材料的研究工作;70年代后期复合材料已成为该所重点发展的专业。为了适应航空工业的需要和复     

基于理想弹塑性模型的复合材料结构耐撞性分析

以含外倒角薄弱环节复合材料圆管的耐撞性分析为例,提出了基于理想弹塑性模型进行耐撞性设计分析的方法,并给出了等效参数的确定策略。研究表明:利用复合材料宏观力学理论计算得到复合材料圆柱壳的等效弹性常数,并结合有限元软件计算得到的临界屈曲应力,可以将复合材料圆管等效为各向同性材料圆管进行耐撞性设计分析;采用该数值模拟策略,能够以较少的计算量来预报复合材料圆管的耐撞性能,并使得在普通的计算机上进行全尺度复合材料飞行器结构的耐撞性设计分析成为可能。     

SiC含量对环氧/SiC复合材料冲蚀磨损性能的影响

为了改善工厂、矿山中大型机件的耐冲蚀磨损性,利用SiC颗粒与环氧树脂制备了能够便捷涂覆和快速固化具有优异耐冲蚀磨损性能的环氧/SiC复合材料,着重考察了SiC含量对环氧/SiC复合材料冲蚀磨损性能的影响。用自制的冲蚀磨损试验机对复合材料进行了冲蚀磨损实验,采用SEM等手段对复合材料的冲蚀磨损形貌进行观察分析。结果表明:在复合材料中提高SiC含量可以提高其耐冲蚀磨损性能,当SiC质量分数为复合材料的66.66%时,SiC颗粒与树脂之间"阴影效应"和"粘接效应"相互配合达到最佳,复合材料的冲蚀磨损性能最好;当SiC含量最佳时,复合材料的耐冲蚀磨损性能要好于相同角度下白口铸铁。     

先进复合材料在航空航天领域的应用

先进复合材料由于具有多功能性、结构整体性、可设计性等众多优良特点,在各个领域被广泛推广和使用,而复合材料应用量最大,技术含量最高的是航空航天领域。本文简要描述了先进复合材料的组成及发展现状,并介绍了先进复合材料在航空航天领域的国内外应用,同时以此为依据,提出对于我国在低成本复合材料制造方面的展望与想法。     

空天飞行器用炭/双马复合材料环境损伤行为的研究现状

近年来先进复合材料已经成为航空航天结构的基本材料之一。为满足航空业对高性能低成本制备工艺技术和减重方面的高要求,先进复合材料以其相对密度小、质损率低、比强度比模量高、耐高温性能好、热膨胀系数小、耐疲劳性能优越等独特优点获得广泛应用,并具有极大的发展潜力。文中从应用状况、环境损伤行为与机理、国内外发展形势等角度对炭/双马复合材料的研究进展进行了全面系统的回顾与总结,并对今后的发展和研究方向作了探讨,供我国在该领域的研究和应用参考。     

超导磁体绝缘用玻璃纤维真空热处理前后性能研究

Nb_3Sn超导磁体需要长时间640℃真空热处理才能形成超导相,对不同超导磁体绝缘结构使用的国产耐辐照玻璃纤维、HS/6高强玻璃纤维、美国S-2高强玻璃纤维在640℃真空热处理前后分别进行真空压力浸渍(VPI),探究国产玻璃纤维在640℃真空热处理后能否达到美国S-2高强玻璃纤维性能,满足Nb3Sn超导磁体使用要求。测试其在室温下的拉伸、层间剪切强度,直流耐压击穿强度。真空热处理后,三种玻璃纤维增强树脂基复合材料拉伸、层间剪切强度都有大幅下降,HS/6高强玻璃纤维在热处理前后力学性能最好,保留率最高,满足使用要求;但HS/6高强玻璃纤维增强树脂基复合材料的电气强度比S-2高强玻璃纤维增强树脂基复合材料电气强度至少低40%,不能满足使用要求,耐辐照玻璃纤维增强树脂基复合材料丧失绝缘性能。     

基于拓扑优化与诱导结构的抗撞结构优化设计EI北大核心CSCD

鉴于耐撞性拓扑方法在实际使用中只能获得抗撞结构的初级拓扑构型,导致抗撞结构的碰撞安全性仍有进一步提升空间的问题,以耐撞性拓扑优化为基础,获得了抗撞结构的初级拓扑构型,在初级拓扑构型的适当位置设置诱导结构,得到最终吸能单元构型,再利用稳健性设计方法获取最终构型的最优尺寸参数,较好地弥补了基于最大吸能原则的耐撞性拓扑方法的不足。算例表明,所提的优化设计方法灵活有效,基于该方法得到的抗撞结构可以更好地满足设计要求。     

灰色关联及熵权法对碳纤维增强树脂复合材料防撞梁的耐撞性优化设计

为改善和提升汽车的轻量化和耐撞性,针对碳纤维增强树脂基复合材料特性提出一种基于灰色关联分析与熵权法结合的复合材料防撞梁结构的设计策略。建立了考虑整车实际工况的数值简化模型,并通过碳纤维增强树脂复合材料力学性能试验确定了T300碳纤维/5113环氧树脂复合材料的材料力学性能,为碰撞工况下碳纤维增强树脂保险杠防撞梁模型计算提供真实准确的材料参数。基于正面碰撞仿真模型,采用哈默斯雷试验设计方法确立60组样本点建立了设计变量与响应之间的关系,采用熵权法求出各响应指标的权重值,结合灰色关联分析对碳纤维增强树脂复合材料防撞梁的耐撞性和轻量化进行优化设计,获取防撞梁结构的最优尺寸参数组合,确定优化方案。研究结果显示,与初始防撞梁相比,优化方案吸能量峰值提高了11.4%,峰值力降低了48%,质量减少了56.5%。该方法在满足安全性指标的前提下实现了汽车轻量化优化设计。      

空间固体润滑材料的研究现状

固体润滑材料以其蒸发率低、耐高低温、抗辐照、耐腐蚀等优点在工作于空间苛刻环境中的器械上得到了广泛的应用。综述了目前常用的层状结构物、软金属、聚合物、无机化合物和复合材料5类固体润滑材料的摩擦学特性、制备工艺和应用情况,指出了我国在空间固体润滑材料研究领域与国外先进水平的主要差距和今后的研究方向。     

先进复合材料在航空航天领域的研发与应用

先进复合材料以其比强度比模量高、耐高温性能好、耐疲劳性能优越等独特优点获得广泛应用和迅速发展.为了解当前先进复合材料在航空航天领域的应用发展现状,并促进我国航空航天用先进复合材料技术的发展,从材料、制备工艺技术、国内外发展形势等角度对先进复合材料在航空航天领域的研发及应用进展进行了全面系统的回顾与总结,并探讨了今后的发展与研究方向,以供该领域工程人员参考.     

用于微卫星星座的空间监视望远镜系统设计

微卫星装载的新型监视传感器对空间目标成像,要求其望远镜简单,重量轻,成本低和快速实现。针对任务要求和当前技术水平,提出采用同轴三反射镜望远镜构型与使用新型材料相结合的设计方法。望远镜系统为同轴三反射镜构型,由3片非球面镜和1片45度全反镜组成,其性能优于两反,而设计与制造又相对离轴三反容易;使用诸如碳化硅和碳纤维复合材料等材料容易控制系统重量。望远镜采用管状外形,反射镜支撑采取周边支撑与背部支撑相结合的形式,使加工和装调较为简单。望远镜模装设计的调制传递函数大于0.2,重量小于5kg,满足微卫星星座平台装载空间监视传感器的关键设计要求。     

基于铺层设计特征的碳纤维增强复合材料悬架控制臂结构优化

基于铺层设计特征,提出一种使用碳纤维复合材料对承载结构件进行结构优化设计的方法和流程.该方法综合考虑结构几何特征、材料铺层方式、铺层厚度及铺层角度在设计环节中的序列关系,通过几何设计空间构建、离散变量多目标优化、基于工艺可行性的最优决策等方法实现结构设计.以碳纤维增强复合材料悬架控制臂的轻量化设计为例:首先,以钢质控制臂结构为参考建立复合材料控制臂的几何设计空间;然后,以复合材料铺层便利性为原则对其进行结构设计,采用准各向同性铺层对控制臂的铺层厚度进行设计;进而,以提高控制臂刚度和1阶固有频率为目标,使用优化算法对铺层角度进行多目标优化设计;最后,以工艺可行性为约束对优化结果进行筛选并最终完成结构设计.结果表明,所设计复合材料结构具有更大的刚度和1阶固有频率,并且与钢质结构相比减重47.9%.所提出的方法能够较好地兼顾结构特征和复合材料设计要求之间的关系,为复合材料结构优化设计理论与方法的发展提供有益参考.     

树脂基复合材料表面功能防护涂层的研究现状

树脂基复合材料因具有综合成本低、减重性能好、比强度高、比刚度高、耐腐蚀和性能可设计等优点,在航空航天领域已广泛用于替代现有的部分金属部件;然而树脂基复合材料较差的抗氧化与耐磨损性能以及较低的使用温度限制了其更广泛的应用。综述了树脂基复合材料表面功能防护涂层的国内外研究进展,探讨了不同涂层制备方法、防护性能及其失效机理,为未来涂层的研究提供基础,以解决涂层制备工艺及其服役寿命问题。     

纤维复合材料在轨道交通中的应用概况

<正>纤维复合材料具有高比强度与刚度、隔热、耐疲劳、阻燃、耐腐蚀、可设计性强等优点,应用于轨道交通是其未来的发展趋势之一,而且随着技术的发展在轨道交通方面的用量将持续上升。从20世纪60年代起,英国、日本、德国将纤维复合材料应用于列车的结构与非结构件上。例如车头前端采用芳纶纤维增强环氧树脂及玻璃钢等。西欧制造铁道车辆用的复合材料及树脂材料占比如表1所示。一、碳钎维材料碳纤维是由有机纤维如粘胶纤     

大展弦比复合材料机翼气动弹性优化

使用遗传/ 敏度混合优化算法对大展弦比复合材料机翼进行气动弹性优化设计研究。在满足强度、位移、发散速度和颤振速度等约束条件的前提下, 以机翼各部件复合材料铺层的厚度为设计变量, 对结构进行重量最小化设计。研究表明: 弯曲变形严重影响最终的优化重量, 是设计大展弦比复合材料机翼结构时应该重点考虑的问题; 按照应力设计准则对这类结构进行设计, 往往很难满足弯曲变形的要求; 使用遗传/ 敏度混合优化算法对大展弦比复合材料机翼进行气动弹性优化设计能够在可以接受的计算耗费下获得满意的结果。      

先进复合材料在飞机结构中的应用

近年来,中国正在自主研发大型商用飞机,先进复合材料以其密度小、比强度/比模量高、耐高温性能好、耐疲劳性能优越等独特优点具有极大的应用潜力。对先进复合材料在飞机上应用及其发展历程进行了全面系统的回顾与总结,指出了复合材料在应用中存在的、急需解决的问题,并全面详细地介绍了飞机用复合材料的新进展,指出了未来复合材料可能的发展趋势,以供参考。     

有机累托石改性不饱和聚酯/玻璃纤维复合材料的性能

采用有机累托石(OREC)改性不饱和聚酯,制备OREC改性的不饱和聚酯/玻璃纤维三元复合材料,测试其力学性能,研究其耐介质性、耐紫外光老化性及耐热氧老化性能,并利用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)分析复合材料的微观结构,探讨OREC改性不饱和聚酯/玻璃纤维复合材料的增强机理.结果表明,采用OREC能改善不饱和聚酯/玻璃纤维复合材料的力学性能,当OREC的质量含量为2%时,所制备的复合材料的综合性能最佳,与未改性的不饱和聚酯/玻璃纤维复合材料相比,弯曲强度增加了14.0%,弯曲模量增加了22.4%,层间剪切强度增加了8.2%,且改性后复合材料的耐水煮性能、耐碱性、耐紫外光性能及耐热氧老化性能均提高.     

壳聚糖涂布淀粉基复合材料的耐湿热性能

采用热压共混、涂布的方法制备了壳聚糖涂布淀粉基复合材料.红外光谱和扫描电镜研究表明该复合材料有着良好的相容性,壳聚糖溶液与基材间通过氢键作用而形成致密涂层;用两种湿热处理方法研究了该复合材料的耐湿热性能,结果显示,壳聚糖涂布能显著提高材料的耐湿热性能.经水蒸汽熏蒸30 min后,壳聚糖涂布使材料的吸水率从72.5%降低...     

民机复合材料应用及维修的适航验证与审定研究进展

先进复合材料结构在民机中的大量应用可以带来减重、降低设计成本、耐蚀抗疲劳等诸多优势,但同时也伴随着在使用中出现的各种损伤类型及后期的维修难题。民机复合材料维修后的适航验证与审定是保证维修有效性与符合性的关键,是保持与恢复航空器固有可靠性与安全性的合格性鉴定。在对比欧美国家与我国在民机复合材料应用与维修领域(包括技术水平状况、工程应用积累、成果形式等)发展差异的基础上,指出现阶段我国应前瞻性地考虑民机复合材料应用与维修的适航验证与审定所涉及的相关基础理论与关键技术,为进口运输机上复合材料的超手册维修、通用飞机及国产民机的复合材料维修的适航验证与审定做好技术储备,并获得更多的自主知识产权。     

高性能碳纤维及其复合材料在绿色能源建设及节能减排中的重要作用

<正>碳纤维复合材料具有轻质、高强度、高刚度、优良的减振性、耐疲劳和耐腐蚀等优异性能。以高性能碳纤维复合材料为典型代表的先进复合材料作为结构、功能或结构/功能一体化材料,不仅在国防战略武器建设中具有不可替代性,在绿色能源建设、