仿生叠层复合材料的制备及层间性能研究

把贝壳的结构机制及韧化机理应周于叠层复合材料的设计中。利用铝合金作为基体材料，纤维／树脂作为夹层材料，设计并制备了纤维／树脂／铝合金叠层复合材料。通过扫描电镜从微观上对复合材料的界面进行研究，指出成型工艺对复合材料界面的影响。通过T剥离强度试验对叠层复合材料的界面粘接强度进行测试，在宏观上对复合材料的层间性能进行了分析。     

碳纤维复合材料/铝合金叠层制孔工艺试验研究

对复合材料/铝合金叠层在不同工艺参数下使用不同刀具的制孔工艺进行了研究,探讨了工艺参数对孔径精度、表面粗糙度以及铝合金出口毛刺的影响规律。通过回归分析方法建立了制孔质量与工艺参数之间的经验关系,同时对CVD三尖钻和CVD麻花钻的制孔效果进行了对比分析。结果表明,在保证孔径精度和孔壁表面质量及抑制铝合金出口毛刺方面采用三尖钻加工叠层材料更具有优势。     

碳纤维增强复合材料/钛合金叠层结构钻削研究进展

碳纤维增强复合材料/钛合金(CFRP/Ti)叠层结构以其优异的机械/物理性能及柔性的结构功能在航空航天领域获得了广泛应用。本文阐述了碳纤维增强复合材料/钛合金叠层结构钻孔加工技术的国内外研究进展与发展动向,介绍了其钻削加工机理,论述了CFRP/Ti叠层结构钻削缺陷类型及产生机理,并重点剖析了叠层结构制孔质量与切削参数、刀具结构、钻削顺序等加工条件之间的内在关系。为实现叠层结构高效精密加工,提出变参数钻削技术应用、钻削热产生与传递过程建模仿真以及叠层钻削缺陷预测与控制模型建立等未来研究方向。     

碳纤维复合材料/钛合金叠层钻孔质量研究

碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)/钛合金叠层的钻孔机理不同于单层材料钻孔,钛合金切屑在排出孔外过程中会对CFRP孔质量造成损伤。为了探究CFRP在叠层钻孔时的质量特性,设计正交试验分析了钛合金切屑和切削参数对CFRP层钻孔质量的影响。观察了轴向切削力和力矩的变化以及钛合金切屑形态,分析CFRP层孔径超差和入口撕裂的机理。结果表明:大进给量条件下,高温、高硬度的钛合金切屑会对CFRP产生严重的侵蚀,是导致CFRP孔径超差的主要原因,并会增大入口撕裂程度;CFRP入口撕裂主要产生在切削速度和纤维方向夹角θ=45°的位置,低切削速度不利于切削CFRP,会加大入口撕裂程度。因此,应使用小进给量钻削钛合金层,使用大切削速度钻削CFRP层;在保证钻头强度的前提下,推荐使用具有较大容屑空间的钻头。     

CCF800碳纤维表面粗糙度及对复合材料界面性能的影响

碳纤维具有力学性能优、密度低、耐腐蚀、耐高温等一系列优异性能,近年来,被广泛应用于航空、航天等重要领域。目前,在国外先进机型的机翼、机身等主、次承力结构中大量使用了高强中模型碳纤维,最具代表性的高强中模碳纤维是日本东丽公司生产的T800碳纤维。相较国外的高强中模碳纤维,国内虽有CCF800碳纤维与之对应,但是,国内对高性能碳纤维的研究工作起步晚,研究尚不充分,产品尚不足与国外媲美。因此,本文对碳纤维增强复合材料界面结合机理进行了论述,同时,对国产CCF800碳纤维表面形貌进行了表征,选取了粗糙度作为变量,对碳纤维增强树脂基复合材料界面强度进行了测试,为国产高性能碳纤维的研究发展提供技术支持。     

碳纤维增强复合材料/钛合金叠层结构钻削仿真研究

碳纤维增强复合材料在航空领域常作为结构材料与钛合金组成叠层结构,能在减轻重量的同时利用两种材料的不同特点获得更优异的综合力学性能。本文应用有限元仿真方法模拟了叠层结构CFRP/Ti在CFRP→Ti和Ti→CFRP两种钻削顺序下的制孔过程,探究了不同钻削顺序对叠层结构钻削应力、钻削温度及制孔质量的影响规律。结果表明,在CFRP→Ti钻削顺序下叠层界面制孔质量更高,更能满足实际生产要求。     

复合材料纤维叠层织物弹道侵彻数值分析

采用非线性动态显式有限元分析软件ANSYS 10.0/LS-DYNA,模拟了弹头侵彻纤维叠层织物的过程,得到了子弹速度历时图、子弹动能损失历时图、靶板应力历时图、靶板冲击变形演化图等.采用罚函数方法,重点分析了在中高速弹头侵彻过程中,织物的变形演化过程和破坏形式以及织物中应力的发生及传播过程,并进一步分析不同的弹头形状、不同的子弹速度及不同叠层层数,对织物的抗弹性能的影响,验证了复合材料抗弹性能的速度效应.研究对复合材料弹靶科研试验,生产验收,质量评定等有重要参考价值.     

碳纤维复合材料/铝合金叠层制孔的轴向力研究

采用三尖形的CVD金刚石涂层钻头钻削碳纤维复合材料/铝合金叠层,对制孔轴向力进行了测量,分别探讨了转速和进给量对叠层制孔轴向力的影响。通过回归分析,建立了轴向力随工艺参数变化的经验公式。对刀具不同磨损阶段下的制孔轴向力进行了检测,得到了制孔数量和后刀面磨损量对轴向力的影响规律。     

金属橡胶-硅橡胶叠层复合材料阻尼器动态性能试验与建模

通过对金属橡胶-硅橡胶叠层复合材料阻尼器的动力学特性进行试验和理论研究,发现金属橡胶-硅橡胶叠层复合阻尼材料具有明显的非线性迟滞特征,迟滞回线并非椭圆,含有多种阻尼成分.在此基础上,用理论和试验相结合的手段研究金属橡胶-硅橡胶叠层复合材料阻尼器的动力学建模,提出各恢复力成分、物理意义明确的非对称弹性粘性阻尼双折线迟滞恢复力模型.模型中的参数由试验数据辨识,用所建模型重构恢复力-位移迟滞回线,结果表明该模型能很好描述这类非线性振动系统的特性.     

Al-Sn-Si/Al/steel层状复合材料的变形复合行为及机理

通过室温轧制和压缩变形法，研究了坯料厚度、变形率、表面状态等工艺因素对Al-Sn-Si/Al/steel层状复合材料粘结行为的影响，提出了变形复合模型。结果表明：压缩变形法难以复合该层状复合材料，而当轧制变形率达到45%时，Al-Sn-Si/Al/steel就能获得良好的粘结效果，随坯料厚度的减小及变形率的增加，粘结强度亦增加；表面多向抛磨有利于改善粘结状态。粘结界面形貌表明，硬质Si粒子明显阻碍表面粘结，两接触表面塑性变形和流动是导致粘结的主要机制。     

7075/6009铝合金层状复合板材的固溶时效热处理工艺

对7075/6009铝合金层状复合板材进行了不同的固溶时效处理,优化得到了该复合板最佳的热处理工艺,并对热处理后复合板的力学性能和拉伸断口进行了分析。结果表明:该复合板最佳的热处理工艺为485℃×30min水淬+175℃×8h炉冷,其抗拉强度为404MPa,屈服强度为364MPa,伸长率为15.3%;外层6009铝合金的拉伸断口上分布着大量韧窝,内外层合金间实现了良好的冶金结合。     

热挤压对亚微米Al2O3p/2024Al复合材料组织和性能的影响

采用挤压铸造法制备了体积分数为30％的Al2O3p／2024Al复合材料,对材料在不同温度下进行热挤压试验,并对复合材料的力学性能进行了测试,同时利用光学显微镜、扫描电镜观察了复合材料压铸态和挤压态的微观组织。结果表明：热挤压改善了材料的组织,提高了材料的力学性能。随后的T6处理进一步提升了复合材料的力学性能,特别是小变形抗力。     

SiC/C层状复合材料的烧结工艺及其对性能的影响

通过对SiC／C层状复合材料烧结工艺的系统研究,得出该材料在烧结助剂质量分数为29,6Al2O3、6% Y2O3,烧结温度1900℃,保温1h,加压30MPa的烧结工艺较为合理。复合材料较块体SiC断裂韧度提高了74．5%,其断裂方式呈现出“假塑性”,层状复合陶瓷的增韧机制主要是由于弱夹层的存在引起裂纹偏转、分支、止住而吸收能量。     

添加铬、铝、钛、镍合金元素对Fe-17Mn阻尼合金性能的影响

在阻尼性能最佳的Fe-17Mn二元合金中加入质量分数5%铬元素以及1%的铝、钛或镍,采用真空感应熔炼法制备Fe-17Mn,Fe-17Mn-5Cr,Fe-17Mn-5Cr-1Al,Fe-17Mn-5Cr-1Ti和Fe-17Mn-5Cr-1Ni合金,经锻造和固溶处理后,研究了铬、铝、钛、镍元素对合金阻尼性能、力学性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明:添加铬元素后,合金强度显著提高,耐腐蚀性能增强,在较低应变振幅(200×10-6~900×10-6)下的阻尼性能提高,在高应变振幅(大于900×10-6)下的阻尼性能降低;在Fe-17Mn-5Cr合金中添加质量分数1%的铝元素或钛元素后,合金的耐腐蚀性能变化不大,强度降低,其中添加钛后的阻尼性能变差,添加铝后的阻尼性能变化不大;在Fe-17Mn-5Cr合金中添加质量分数1%镍元素后,合金的强度和阻尼性能变化不大,耐腐蚀性能略有降低,但仍优于Fe-17Mn合金的;Fe-17Mn-5Cr-1Ni合金的综合性能最优异。     

真空压力浸渗法制备金刚石/铝复合材料及其热性能

采用真空压力浸渗法制备了金刚石/铝复合材料,研究了金刚石颗粒尺寸、品级等对复合材料热性能的影响。结果表明:在金刚石体积分数相同情况下,普通研磨级金刚石颗粒的尺寸越小,复合材料的热膨胀系数越低;用MBD4等级金刚石颗粒制备的金刚石/铝复合材料具有最小的热膨胀系数,为6.8×10-6 K-1,其热导率最高;MBD4等级的金刚石颗粒与铝基体存在选择性粘附现象,金刚石的(100)面更容易与铝结合。     

铜铝异种金属板压印连接与接头拉剪载荷研究

采用一种新的塑性成形连接方法--压印连接方法来实现铜、铝合金板的连接,通过拉剪实验研究了连接接头的力学性能,并分析了铜、铝合金板的排列顺序对接头拉剪载荷的影响。实验结果表明,对于铜、铝复合接头,铜板在上时接头具有较高的拉剪载荷(3kN),是铝板在上时拉剪载荷的4.6倍。根据接头失效形式对复合接头进行优化后发现：下层铝板的厚度增大时,接头的拉剪强度略有增大,拉剪过程中的能量吸收明显增大;提高下板材料强度时,接头的拉剪载荷明显增大;铜板作为上板进行压印连接时,失效形式为颈部断裂失效,且接头的拉剪强度较大。     

温度对不锈钢/铝/不锈钢层状材料轧制复合行为的影响

研究了热轧复合不锈钢／铝／不锈钢层状材料的粘结行为，采用剥离试验、OM、SEM及EDAX等研究了坯料加热温度对界面粘结强度及特征的影响规律。结果表明：在523～773K范围内，粘结强度随着温度的升高而明显增加；温度低于523K时，铝／钢界面为机械结合状态，粘结强度低于7．8Nmm^-1，剥离断口位于其初始界面；温度高于673K后，界面达到近冶金结合状态，粘结强度超过20．3Nmm^-1,剥离断口几乎位于铝基体而非初始界面。钢层变形远小于铝层变形，界面两侧金属剪切流动导致的新表面接触及扩散行为是促使界面粘结的主要机制。     

(Al2O3+Al3Zr)p/Al-22Si铝基复合材料的制备及摩擦学性能

在Al-22Si-Zr(CO3)2体系中,用熔体原位反应法制备了内生Al2O3和Al3Zr颗粒增强铝基复合材料,用XRD、EPMA、SEM等方法对复合材料进行物相和显微组织分析;用磨损试验机测试了复合材料的室温干滑动摩擦磨损性能,并对其磨损机制进行了分析。结果表明:复合材料的磨损性能比基体合金有显著提高,随着内生Al2O3和Al3Zr颗粒体积分数的增加,复合材料的耐磨性能逐渐提高;随载荷增加,复合材料的摩擦因数呈降低趋势,且颗粒体积分数越大,摩擦因数越低;随颗粒体积分数的增大,复合材料的磨损机制由粘着磨损+磨粒磨损向磨粒磨损转变。