炭/炭复合材料制动过程中温度场的仿真

利用有限元热分析软件ANSYS建立炭／炭复合材料制动过程三维有限元模型,确定相关热载荷计算方法和关键参数,仿真制动过程瞬态温度场。计算结果表明：在试环轴向存在明显温度梯度,而径向温度梯度微小,摩擦表面在t=12．7S时达到最高温度662℃,且最高温度出现在靠近试环外径处,与实验结果基本相符,证实了仿真计算结果的正确性。     

C/C复合材料飞机刹车盘的三维温度场

针对C/C复合材料飞机(B757)刹车盘制动过程中温度测量过程复杂和温度场难于表征的问题,采用有限元方法结合惯性台实验对其温度场进行了分析研究。根据刹车盘制动原理和传热原理,确定了温度场有限元分析中的载荷、边界条件和加载过程。通过仿真后处理形象地描述了制动过程中刹车盘温度场的变化,直观地表现了温度场分布状态。结果表明;在正常着陆的能量条件下中间静盘处测温点在46s时达到最高温度659℃;承压盘和压紧盘的测温点则在48.5s时达到最高温度,整个过程各点温度先升高后降低,中间静盘的热负荷最大,温升最快,承压盘次之,压紧盘最小。对比实验测量与仿真结果,两者吻合较好,证实温度场的有效性。     

感应加热卷烟烟具用电磁屏蔽材料

本研究采用COMSOL有限元软件仿真能量转换效率随屏蔽材料磁导率的变化规律,结果表明,当μ″=0时,μ′越大,能量转换效率越高;当μ″≠0,则存在μ′与μ″的最佳匹配值。根据仿真结果,选取合适的屏蔽材料,在感应加热卷烟烟具保持谐振状态,且发热体温度满足要求的基础上,采用功率分析仪测试烟具1个工作循环的能耗。测试结果表明：在240～320 kHz频率范围内,采用铁氧体材料,μ′越高,效果越优。当μ′为220时,可将1个工作循环能耗由978.14 J降至833.40 J,能量转转效率提升14.80%。采用纳米晶材料,当μ=2064-j349时,性能最优,1个工作循环能耗可降至811.30 J,能量转换效率提升17.06%,随μ′及μ″的进一步提高,能耗逐渐增大,此规律与仿真结果一致。因此,通过合理选择电磁屏蔽材料可提高感应加热卷烟烟具的能量转换效率。     

Raman spectroscopy investigation of structural and textural change in C/C composites during braking

The microstructure and texture of C/C composites with a resin-derived carbon, a rough laminar (RL) pyrocarbon and a smooth laminar pyrocarbon, before and after braking tests, were investigated by Raman spectroscopy. The full width at half maximum (FWHM) of the D-band indicates the amount of defects in the in-plane lattice, while the G-to-D band intensity (peak area) ratios (I _G/I _D) is used to evaluate the degree of graphitization. The results show that the FWHM of D-band of sample with RL pyrocarbon changes greatly from 36 cm⁻¹ to 168 cm⁻¹ after braking tests, which indicates that a large number of lattice defects are produced on its wear surface. However, the graphitization degree of resin-derived carbon sample rises significantly, because the I _G/I _D increases from 0.427 to 0.928. Braking tests under normal loading conditions, involving high temperature and high pressure, produce a lot of lattice defects on the wear surface, and induce the graphitization of the surface. Sample with RL pyrocarbon having a low hardness is easy to deform, and has the most lattice defects on the wear surface after braking. While raw materials with resin-derived carbon have the lowest graphitization degree which rises greatly during braking.     

不同基体炭结构的炭/炭复合材料在制动过程中的温度场研究

利用有限元热分析软件仿真了三种不同基体炭结构的炭/炭复合材料在制动过程中瞬态温度场,并通过模拟制动试验进行了验证,对比仿真计算结果与实验测试结果表明:三种样品的温度场仿真结果与实验结果基本吻合,在轴向方向存在明显的温度梯度,具有树脂炭基体的样品的温度场变化与具有粗糙层热解炭基体的样品类似,但树脂炭基体的样品的最高温度及温度梯度大于粗糙层热解炭基体的样品,而光滑层热解炭基体的样品在刹车过程中的最高温度均低于粗糙层热解炭和树脂炭基体的样品,达到最高温度的速度远远落后于前两种样品,且其温度梯度最小.炭/炭复合材料在制动过程中的瞬态温度场分布与材料的摩擦磨损性能及热传导性能密切相关,制动功率大会导致材料的摩擦表面温升高,达到最高温度的时间缩短;材料的导热性能好会导致热量的传递速度加快,使温度梯度减小.     

树脂炭含量对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响

为探明树脂炭含量与C/C复合材料摩擦因数及磨损量的关系,研究树脂炭含量分别为0、8.6%、67%(质量分数)的3种C/C复合材料的精细结构和摩擦磨损性能,采用实验用飞机制动装置模拟不同速度下的刹车过程,利用扫描、透射电镜观测分析摩擦表面和磨屑的微观形貌与结构.结果表明:3种材料均具有稳定的摩擦因数,并在中低速条件下达到...     

热膨胀性能对炭/炭复合材料在制动摩擦过程中热应力场的影响

测量以纯树脂炭、粗糙层热解炭和光滑层热解炭为基体的3种炭/炭复合材料的热膨胀系数,并采用有限元分析软件,模拟这3种炭,炭复合材料在飞机正常着陆能量条件下的热应力场,研究热膨胀系数对炭,炭复合材料热应力场及其摩擦性能的影响.结果表明:3种炭/炭复合材料在z方向上的热膨胀系数大于在X和y方向的,且热膨胀系数均随着温度的升高而逐渐增大,其中,基体为粗糙层热解炭的炭/炭复合材料的热膨胀系数最小,纯树脂炭试样的次之,光滑层热解炭试样的最大;在制动过程中,炭/炭复合材料摩擦表面产生的热应力与材料的热膨胀系数相关,材料的热膨胀系数越大,产生的热应力越大;过大的热应力使纯树脂炭试样具有相对稳定的摩擦曲线,在较大热应力的作用下,光滑层热解炭试样的摩擦曲线不稳定,影响其摩擦性能.     

B、Si改性炭/炭复合材料及其摩擦磨损特性

以低密度的C/C复合坯体为预制体,分别采用反应熔渗(RMI)、化学气相沉积(CVD)、浸渍-原位反应技术对其进行陶瓷改性.结果表明:改性陶瓷分别以SiC和c-BN的形式渗入C/C复合坯体内.摩擦试验结果表明:采用RMI技术制备的C/C-SiC复合材料摩擦因数较高,高达0.3到0.9;采用CVD技术制备的C/C-SiC复合材料的摩擦因数在0.20～0.36之间;而采用浸渍-原位反应技术制备的c-BN改性C/C复合材料的摩擦因数较低,为0.10～0.20.SEM观察表明:采用RMI技术制备的C/C复合材料的摩擦表面粗糙、未形成完整的摩擦膜,而采用另两种技术制备的C/C复合材料均形成了较完整、致密的摩擦膜.     

不同频率下C/C复合材料的往复式滑动摩擦特性

制备了两种具有不同基体炭类型的C/C复合材料,测试其与GCr钢在40 N时配副时的往复式摩擦行为.结果表明:随滑动频率的增加,两种试样的摩擦因数先增加,均在400 r/min时达到最大,之后除在1 200 r/min时略有反弹外,基本表现出线性下降趋势.在相同频率下,具有光滑层结构热解炭基体材料(SL)的摩擦因数低于另一种具有粗糙层结构热解炭和树脂炭混合基体(RL/RC)材料的.其中,RL/RC基体材料的摩擦因数在0.183～0.063之间;而SL基体材料的摩擦因数在0.150～0.059之间.随时间的延长,所有试样的摩擦因数均逐渐趋于稳定.Raman检测结果表明,随滑动频率增大,材料摩擦表面的微区石墨化度增加.但SEM形貌表明,随滑动频率增大,材料摩擦表面形貌由光滑变得粗糙,磨粒磨损加剧.     

热处理对C/C-Cu复合材料钨涂层结构和烧蚀性能的影响

采用等离子喷涂技术,在C/C-Cu复合材料表面制备钨涂层,在真空炉中进行真空热处理。研究的热处理对涂层结构和氧乙炔焰烧蚀性能的影响。结果表明:未热处理的钨涂层与C/C-Cu复合材料结合良好,钨多以扁平颗粒堆叠成膜,颗粒之间有裂纹等缺陷,其物相组成主要是W。热处理后,C/C-Cu复合材料内的铜向钨涂层渗透,涂层更加致密,但基体与涂层之间的孔隙增加、结合较松散,涂层内有WC生成。氧乙炔焰30 s烧蚀实验表明,C/C-Cu复合材料的质量损失率为5.6 mg/s,未热处理的C/C-Cu复合材料钨涂层的抗烧蚀性能好,其质量损失率为0.9 mg/s,但热处理后的C/C-Cu复合材料钨涂层的抗烧蚀性能显著降低,质量损失率达12.0 mg/s。