铝含量对铝-聚四氟乙烯反应材料准静态压缩力学响应和反应特性的影响

为了研究铝含量对铝-聚四氟乙烯(Al-PTFE)反应材料准静态压缩力学响应和反应特性的影响,通过特定的冷压和烧结工艺,制备了4种不同Al含量的Al-PTFE试件,并进行准静态压缩试验。结果表明,铝含量影响材料的力学响应和失效模式,进而影响材料的反应特性;含有16 wt%Al的试件部分反应,26 wt%Al的试件完全反应,36 wt%Al和46 wt%Al的试件未发生反应;在反应的两类试件中观察到张开型裂纹和剪切裂纹,而在未反应的试件中仅观察到剪切裂纹。     

环境温度对Al-PTFE准静态压缩力学性能及反应特性的影响

为了研究环境温度对铝-聚四氟乙烯(Al-PTFE)反应材料准静态压缩力学性能及反应特性的影响,采用冷压和烧结工艺,制备了尺寸Φ10 mm×10 mm的Al-PTFE试件(Al与PTFE的质量比为:26.5∶73.5)。利用CMT5105微机控制电子万能试验机对不同温度下的试件进行了准静态压缩,得到了材料在相应温度下的应力应变曲线。结果表明,材料的力学性能及反应特性均受环境温度的影响。温度较低时(-18,0,16℃),材料偏脆性,屈服强度高于28.31 MPa,失效应变为1.31～1.49,试件呈剪切破坏;随着环境温度的提高(22,35,80℃),材料延性增强,屈服强度低于20.26 MPa,而失效应变提升至1.84～2.08。形变能力的提升使得试件失效时其吸收的能量沿着横向拉伸应力形成的张开型裂纹瞬间释放,引发试件剧烈反应。     

闭孔泡沫铝压缩行为的有限元仿真

用DEFORM-3D有限元软件对闭孔泡沫铝的压缩行为进行模拟,探讨不同孔隙率和孔径对压缩力学特性的影响,研究孔隙率、孔径对能量吸收和吸能效率的影响。结果表明：在准静态条件下,闭孔泡沫铝的压缩过程存在线弹性阶段、塑性平台阶段和致密化阶段;闭孔泡沫铝的抗压缩能力、吸收能力随着孔隙率的减小而增强;当孔隙率为50%,孔径分别为1.0、2.0、3.0 mm,孔径对闭孔泡沫铝的压缩性能和吸能性能影响不大;将理想吸能效率曲线和吸能效率曲线结合可以选择合适的缓冲材料,并发挥其最好吸能特性。     

碳纤维增强复合材料准静态电弧损伤的电-热耦合分析

为有效预测碳纤维增强复合材料(carbon fibre reinforced polymer,CFRP)层压板的雷击电弧附着响应,并探讨阳极试件材料对雷电电弧参数空间分布的影响,基于商业有限元分析软件ABAQUS,分析了CFRP层压板雷电流注入后的热-电-结构耦合,建立了CFRP层压板电弧附着损伤的三维有限元模型。模拟了复合材料层压板在雷电流作用下的冲击响应,进行了复合材料层压板雷击附着机理和作用模式的分析,并探讨了试件尺寸对电弧附着响应特性的影响。研究结果表明,当CFRP试件的长宽比接近1时,CFRP损伤区域往往集中在准静态电弧附着处,与其他长宽比相比,损伤面积较小,但损伤深度较深。     

7B52叠层铝合金准静态及动态响应和本构模型研究

为研究装甲车用7B52叠层(7A62/7A01/7A52)铝合金板的力学性能及本构模型,开展7B52叠层板及各单层铝合金板的准静态压缩和动态冲击试验,获得各自的应力-应变关系和Johnson-Cook(J-C)本构模型。结果表明：当应变率为950～1 720 s^-1时,7B52和7A62的流变应力随应变率增大而升高,材料表现出较高的应变率敏感性;应变率为1 720～2 100s^-1时,应变率敏感性降低;应变率为1 100～3 022 s^-1时,7A01和7A52的流变应力基本不变,其应变率敏感性较低;在高速冲击载荷下,7B52叠层板比7A62和7A52铝合金的延展性最大分别提升67%、26%,而与7A01铝合金相比,提升72%;7A62在准静态压缩下,发生剪切破坏;7B52在准静态压缩下,硬质层7A62与7A01中间层界面首先破坏,剪切带在7A52软层中形成。在准静态压缩下,7B52比7A62吸能提升131%,在0.25 MPa冲击载荷下,吸能提升54%,而在0.45 MPa和0.65 MPa冲击载荷下,两者吸能水平接近...     

闭孔泡沫铝压缩行为的有限元仿真

用DEFORM-3D有限元软件对闭孔泡沫铝的压缩行为进行模拟,探讨不同孔隙率和孔径对压缩力学特性的影响,研究孔隙率、孔径对能量吸收和吸能效率的影响。结果表明:在准静态条件下,闭孔泡沫铝的压缩过程存在线弹性阶段、塑性平台阶段和致密化阶段;闭孔泡沫铝的抗压缩能力、吸收能力随着孔隙率的减小而增强;当孔隙率为50%,孔径分别为1.0、2.0、3.0 mm,孔径对闭孔泡沫铝的压缩性能和吸能性能影响不大;将理想吸能效率曲线和吸能效率曲线结合可以选择合适的缓冲材料,并发挥其最好吸能特性。     

5GPa内JO-9159炸药的磁驱动准等熵压缩响应特性

较宽压力范围内未反应炸药的动力学响应特性对于深入认识压缩波作用下炸药起爆热点形成机制具有重要意义.磁驱动准等熵压缩加载(无冲击压缩)是获取较宽压力范围内未反应炸药的动态压缩力学特性的有效手段.基于大电流产生的电磁力作用原理,在国内率先实现了炸药的磁驱动无冲击压缩实验技术,获得了5 GPa内JO-9159炸药在磁驱动准等...     

浇注PBX替代材料的准静态压缩力学行为及本构模型标定

为研究高聚物粘结炸药(PBX)的准静态压缩行为,对两种典型配方(含铝粉与否)的浇注PBX替代材料在不同应变率下进行单轴准静态压缩试验,并对其力学性能进行了对比分析.同时基于朱-王-唐(ZWT)模型提出一种新模型来描述材料的准静态压缩行为,通过遗传算法获取本构模型参数,并使用Fortran语言在Abaqus有限元软件的用户材料子程序(UMAT)接口中进行本构模型的建立.结果表明:浇注PBX替代材料的准静态压缩过程可分为弹性压缩、应力衰减以及失稳破坏3个阶段;准静态压缩力学行为与应变率有明显的相关性,随着应变率的提高,材料的有效压缩应变基本不变,而压缩模量、屈服强度和压缩强度的对数与应变率对数近似呈现出线性关系;铝粉的加入使浇注PBX替代材料压缩模量、屈服强度和压缩强度均有所提升.新构建的本构模型能较好描述浇注PBX替代材料的准静态压缩行为,使用有限元软件对本构模型普适性进行验证,得到仿真计算结果与试验结果间可决系数R2均大于0.98,吻合程度较高.     

石墨烯气凝胶的压缩力学性能研究

为探究石墨烯气凝胶在防护领域的潜在应用,采用冷冻干燥法并控制冷冻温度变量制备不同的石墨烯气凝胶试样,进行单轴面内压缩力学实验;结合3D数字图像相关技术和扫描电子显微镜,分析变形模式与破坏机理。研究结果表明：冷冻干燥法制备的石墨烯气凝胶试样具有3D多孔网络结构、低密度（<33.93 mg/cm³）、高孔隙率（>98.5%）等特征,并具有受冷冻温度影响的特征微观结构;石墨烯气凝胶的压缩应力-应变曲线展现出多孔材料典型的三阶段特征,并且力学性能受冷冻温度的影响,-80℃所得石墨烯气凝胶的杨氏模量相较于-19℃提高160%,单位体积吸能提高67%;石墨烯气凝胶多次循环加载-卸载中随着内部致密区域的扩展,以塑性能为主的吸收总能趋于稳定不变,其状态变化可通过指数衰减模型描述;石墨烯气凝胶的横纵向片层不同的压缩变形形态发展为大规模的类弹簧型紧密折叠模式,使得石墨烯气凝胶表现出回弹性。所得研究成果为石墨烯气凝胶在防护领域的应用提供了理论与实践基础。     

加工参数对T800碳纤维增强复合材料铣削质量的影响

增大层厚和增加牺牲层加工工序,是控制大型航空碳纤维复合材料构件形变和装配精度的重要手段,然而如何对其牺牲层进行大余量高效铣削的同时确保无撕裂分层损伤面临挑战。表面柔软的玻璃纤维保护层和内部坚硬的碳纤维复合材料牺牲层因二者的材料性能差异较大,在铣削加工过程中很难同时确保二者均无毛边和分层。为此以某大型航空构件使用的T800碳纤维增强复合材料侧面铣削为例,开展了加工参数对材料铣削质量的影响试验研究,通过分别对硬质合金玉米铣刀、金刚石涂层铣刀、碳纤维专用复合铣刀和双刃聚晶金刚石铣刀4种不同结构形式刀具的铣削力、铣削温度以及加工表面粗糙度进行试验研究,分析了不同加工参数对表面加工质量的影响。试验结果表明：加工表面毛边高度随主轴转速的增加有减小的趋势,随进给速度和径向切深的增加有增大的趋势;较高的铣削温度会引起不同方向的纤维断裂位置发生偏移,导致加工表面粗糙度增大;采用锋利的刃形和多微刃铣削方式,在确保内部碳纤维增强复合材料加工质量的前提下,能够显著改善加工表面的毛边现象,使用左右旋微刃结构的刀具可以使铣削过程更加稳定。     

碳纤维/环氧树脂复合材料钻削温度场建模与试验

碳纤维/ 环氧树脂(C/ E)复合材料具有轻质、高模量、高比强度等优良特性在航空航天等领域有广泛的应用,但由于其各向异性、层间强度低、导热系数小和树脂对温度敏感等特点,导致钻孔加工中热量很容易聚集,形成很高的温度梯度,极易产生分层、毛刺等缺陷。以C/ E 复合材料钻孔过程中温度场的分布及变化为研究对象,依据传热学的基本原理,采用有限差分法(FDM),建立了C/ E 复合材料钻削温度场模型,探讨切削温度沿纤维方向的分布规律。采用硬质合金钻头开展C/ E 复合材料钻孔测温试验,采用预埋热电偶方法测量纤维方向不同处的温升,采用红外测温的方法测量出口处温度场分布。通过对试验结果和模型仿真结果对比分析可知:温度场仿真模型有较高的准确性,出口处温度场分布呈椭圆形,平行纤维方向时温升较高。     

碳纤维增强酚醛树脂复合材料的层裂特性

用一维应变实验方法研究碳酸醛材料的层裂特性，给出了损伤程度随撞击速度的增加而增加的指函数准则，及产生层裂损伤的临界撞击速度。发现在层裂特性研究中，应力波衰减有重要意义。     

碳纤维复合材料在导弹天线罩连接环上的应用

连接环是天线罩和弹体的连接件。在导弹飞行过程中,要求连接环能够承受作用其上的力载荷和热载荷,因此对连接环材料提出了较高的要求。主要介绍了几种导弹天线罩连接环材料的性能及优、缺点,重点探讨了碳纤维复合材料的特点、应用方向及其在导弹天线罩连接环上的应用。     

金属与碳纤维复合结构发射箱耐高温冲击性能

为解决发射过程中产生的带颗粒高温燃气对碳纤维复合材料(CFRP)发射箱的冲刷和烧蚀问题,某型号发射箱采取薄壁金属与CFRP复合的结构形式,内层为金属层,外层为CFRP层。使用计算流体力学软件Fluent仿真不同材料、不同厚度金属层与CFRP层复合结构的温度分布;利用有限元分析软件Ansys进行线性温度屈曲分析,研究钢+CFRP复合、铝+CFRP复合两种复合结构以及不同厚度金属层复合的屈曲温度;提出热发射环境金属+CFRP复合结构参数,并与实际热发射试验结果进行对比分析。仿真和试验结果表明：金属+CFRP复合结构发射箱中,金属层厚度过薄,无法适应热发射过程的高温冲击,金属层会发生向内屈曲现象;相同厚度情况下,钢+CFRP复合结构耐热发射温度冲击能力高于铝+CFRP复合结构;相同质量情况下,钢+CFRP复合结构耐热发射温度冲击能力低于铝+CFRP复合结构。     

球磨-液相氧化短碳纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能

采用球磨鄄液相氧化法制备了表面改性的短碳纤维(SCF),选用改性后不同尺寸的短碳纤维增环氧树脂(EP),通过挤出成型法制备短碳纤维/ 环氧树脂(SCF/ EP) 复合材料. 利用原子力显微镜(AFM)检测和接触角测定等方法研究了改性短碳纤维的表面形貌及其与环氧树脂浸润性能的变化;借助扫描电子显微镜(SEM)观察及拉伸和冲击测试等手段表征SCF/ EP 复合材料的微观组织和力学性能,分析了其增强机制。结果表明:球磨鄄液相氧化法改善了纤维与树脂的浸润性能,SCF/ EP 复合材料拉伸强度和冲击强度最大值分别达到了71.2 MPa 和27.75 kJ/ m2,比纯环氧树脂提高了103.4%和63.9%. 短碳纤维增强SCF/ EP 复合材料的机制主要有脱粘和拔出机制、裂纹偏转机制和桥联机制。     

基于LS—DYNA的玻璃钢复合板抗侵彻能力分析

玻璃钢复合板作为某便携式野战库房的主体材料,其抗侵彻能力始终是库房设计研制过程中需要重点关注的问题;利用破片侵彻相关理论,建立玻璃钢复合板、子弹和手榴弹弹片的仿真模型,通过LS—DYNA进行模型网格划分、施加载荷和边界条件,对玻璃钢复合板抗侵彻能力进行有限元分析;结果表明：材料强度能够满足库房的相关战技术指标要求。     

芳纶纤维增强复合材料低温铣削研究

为了降低芳纶纤维增强复合材料铣削加工起毛、高温烧蚀缺陷,提高其切削性能和加工质量,采用液氮作为切削液进行数控铣床深冷切削。利用超大景深数码显微镜测量试样表面形貌,3D表面轮廓仪测量试样表面粗糙度,测力仪测量切削点切削力。建立了材料铣削过程模型;分析了纤维材料干铣削缺陷产生的原因;探讨了液氮深冷铣削机制。结果表明：相比于干切削,深冷切削时切速越高,表面质量越好,相同切速时深冷切削表面质量更佳;两种切削条件下,随着切速升高,主切削力均呈下降趋势,且深冷时下降得更加明显,当相同切速时深冷铣削主切削力较之干切削有所提高;纤维编织粘接成型点承受铣刀刃压力不足,以及纤维高温受力后出现自动避让和伸长的特性,导致铣削表面质量无法准确控制;深冷铣削力的提高,切削区温度的下降都对芳纶纤维加工缺陷的改善起到了积极作用。 为了降低芳纶纤维增强复合材料铣削加工起毛、高温烧蚀缺陷,提高其切削性能和加工质量,采用液氮作为切削液进行数控铣床深冷切削。利用超大景深数码显微镜测量试样表面形貌,3D表面轮廓仪测量试样表面粗糙度,测力仪测量切削点切削力。建立了材料铣削过程模型;分析了纤维材料干铣削缺陷产生的原因;探讨了液氮深冷铣削机制。结果表明：相比于干切削,深冷切削时切速越高,表面质量越好,相同切速时深冷切削表面质量更佳;两种切削条件下,随着切速升高,主切削力均呈下降趋势,且深冷时下降得更加明显,当相同切速时深冷铣削主切削力较之干切削有所提高;纤维编织粘接成型点承受铣刀刃压力不足,以及纤维高温受力后出现自动避让和伸长的特性,导致铣削表面质量无法准确控制;深冷铣削力的提高,切削区温度的下降都对芳纶纤维加工缺陷的改善起到了积极作用。     

碳/环氧复合材料的冲击拉伸

该文研究了T300碳纤维单向增强的环氧复合材料,在应变率从10~(-3)/s到10~3/s范围内的冲击拉伸行为.通过对实验数据进行拟合,得出该范围内材料对应变率具有弱的敏感性,表现在破坏强度及破坏应变随应变率增加不显著变化,平均模量几乎不受应变率的影响.分析了试件的几何尺寸效应,讨论了应力波作用对破坏形态的影响以及实验中观察到的拔出现象.从应变率在10~2～10~3/s附近材料行为某些非确定性,指出在更宽范围内了解其性能的必要性.     

纤维增强复合材料抗弹吸能特性研究

为研究树脂基纤维增强复合材料的抗弹吸能特性和机制,采用4.5 g球形碎片模拟弹,对不同基体的玻璃纤维和芳纶纤维增强复合材料板进行了弹道极限V50和抗冲击贯穿试验,分析了不同冲击状态下各复合材料靶板的吸能特性和破坏特点.研究发现,增强纤维的应变率效应会显著地反映到复合材料板的抗弹吸能特性中,破坏模式决定复合材料板的抗弹吸能能力;弹体冲击入射速度、纤维与基体的界面特性是影响复合材料板抗弹吸能的重要因素.结果表明,在一定速度下的贯穿比吸能试验方法,可有效地评价和比较各树脂基纤维增强复合材料板的抗弹性能,该试验方法是对V50试验方法的有效补充.