C/SiC复合材料超声振动加工切削力单因素试验研究

切削力是切削过程中重要的物理量之一,对切削加工过程中的切削热、加工工件的表面质量以及刀具磨损和寿命等具有重要的影响。因此,在C/Si C复合材料加工特性及加工机理研究中,对切削力的研究是至关重要的。通过单因素试验,摸索出单一工艺因素对切削力的影响规律。     

锥形工具加工C/SiC复合材料磨削力研究

C/SiC复合材料是一种高强度,高韧性,轻质,良好的抗疲劳性和减震性,设计性强的先进材料。目前被广泛应用于航空,航天,和其他军事领域,并具有广泛的应用前景。由于C/SiC复合材料加工过程中加工缺陷多、刀具磨损严重、加工效率低且加工成本高等问题,本文通过锥形工具磨削加工C/SiC实验来研究不同加工参数对磨削力的影响。实验结果通过方差分析,信噪比和主效应图来评价;基于望小模型获得了本次实验参数范围内的最佳加工参数:主轴转速为4500r/min,进给速度为100mm/min,磨削深度为0.2mm。     

基于温度场的C/SiC复合材料短电弧放电加工等效热源研究

针对C/SiC复合材料放电加工仿真普遍采用高斯热源,忽略间隙弧柱热效应的问题,文章以放电过程的热效应进行两部分等效。采用椭球体热源等效电弧弧柱,高斯面热源等效工件表面热效应,从平行和垂直于碳纤维两个方向进行温度场仿真,对比传统高斯热源与等效热源,并通过实验进行验证。结果表明：运用新型等效热源仿真,得到的凹坑尺寸比传统高斯热源更加接近实验加工的尺寸,预测精确度提高20%。     

SiC/W层状复合材料力学性能及显微结构分析

以ＳｉＣ陶瓷片为基体层,金属Ｗ为夹层,热压烧结制成ＳｉＣ／Ｗ层状复合材料。Ｘ射线衍射分析显示：夹层中的Ｗ与ＳｉＣ反应生成了Ｗ５Ｓｉ３和ＷＣ,无金属Ｗ存在,断面扫描电镜分析表明：（１）夹层由颗粒状晶体（Ｗ５Ｓｉ３）和片状晶体（ＷＣ）组成,片状晶片重叠为二级层状结构。（２）基体层（ＳｉＣ层）的断裂方式为裂纹沿晶断裂,夹层的断裂方式有两种：一是裂纹沿颗粒状晶体的晶界的沿晶断裂,二是裂纹管过片状晶体的穿晶断裂,断口还观察到片状晶片的拨出。材料力学性能呈现的规律为：夹层厚度在１０－５０μｍ内,随夹层厚度的增加,断裂韧性增加,抗弯强度下降。     

多孔预制体对SiC/Al复合材料孔隙率的影响

采用无压浸渗法制备了SiC含量较高的SiC/Al复合材料,分析了造孔剂添加量对多孔预制体孔隙率的影响,利用铝液浸渗多孔体理论分析了多孔顸制体孔隙结构对复合材料孔隙率的影响.结果表明:通过添加造孔剂可以调节多孔预制体的孔隙结构,使预制体的孔隙率增加;多孔预制体的孔隙结构的变化可以调节复合材料的孔隙率.多孔预制体的孔隙率越高、孔隙尺寸越大,则铝液浸渗畅通,复合材料的孔隙率越小.     

平纹编织C/SiC复合材料层合板面内力学性能的可设计性研究

通过试验和理论分析,研究平纹编织C/SiC复合材料层合板的面内承载特性.制备(0°/90°)主方向和(±45°)偏轴向试件,并分别进行室温下面内单向拉伸和剪切试验.试验结果显示平纹编织C/SiC复合材料层合板的力学性能与纤维方向角相关,(±45°)偏轴向试件的抗剪切破坏性能明显较高.基于微观结构的解析模型分析表明,孔洞和微裂纹的存在大幅度降低了SiC基体的有效弹性模量.经典层合板理论仍然适用于该材料类型层合板的刚度分析,从而证实碳纤维对层合板力学性能的控制作用.平纹编织C/SiC复合材料层合板的面内力学性能具备良好的可设计性.     

三维编织C/SiC复合材料拉伸损伤演化

利用声发射技术,对三维编织C/SiC复合材料在拉伸过程中损伤发展、演化进行了实验研究。实验采集了三维编织C/SiC复合材料拉伸过程的声发射信号。运用多参数分析法,分析了三维编织C/SiC复合材料拉伸损伤的声发射特性,宏观上揭示了材料拉伸损伤的发展、演化过程和规律。研究结果表明三维编织C/SiC复合材料拉伸损伤演化可被分为两个主要阶段,损伤初始阶段和损伤严重阶段。     

单向C/SiC复合材料平面磨削的磨削力模型研究

为探究编织陶瓷基复合材料磨削力模型,探明材料去除机理,设计并制备了一种单向C/SiC复合材料。采用特殊的平面磨削实验,沿纤维典型方向进行磨削,同时结合多指数拟合方法确立了磨削力模型。研究结果表明：磨削参数对磨削力的影响较为显著,其中磨削力随着砂轮转速的增大而减小,随着磨削深度和进给速度的增大而增大。沿3种典型方向磨削时,磨削力从大到小依次为：法向、纵向、横向。利用模型优度分析,验证了模型预测单向C/SiC复合材料磨削力的可靠性。     

三维编织C/SiC复合材料剪切和弯曲性能的实验研究

对三维编织C/SiC复合材料进行剪切试验和两种弯曲试验,得到材料的剪切性能和弯曲性能以及相应的失效规律.在剪切试验中发现两种剪切试验的剪切模量相差较大,但由于两种剪切的破坏面相同,所以剪切强度相差不大.通过分析得到由两种弯曲试验获得的弯曲模量不同的原因.通过分析还得到拉压模量不同的材料的四点弯曲模量计算公式,发现计算值在试件上下表面应变相差不大时与均质材料的计算结果相差不大.     

C/SiC复合材料组织对磨削力与加工表面质量的影响

采用树脂结合剂金刚石砂轮对C/SiC复合材料与SiC陶瓷进行了平面磨削加工试验,通过对比两种材料的磨削力及磨削加工表面质量,分析了C/SiC复合材料组织与其磨削加工特性的 关系。研究结果表明,C/SiC复合材料中碳纤维及SiC基体皆以脆性断裂方式实现材料去除;与SiC陶瓷的加工表面(其表面粗糙度值Ra为0.2~0.3μm)相比,C/SiC复合材料磨削时由于碳纤维层状断裂、拔出及其与SiC非同步去除现象导致其加工表面粗糙度值较高, Ra为0.8~1.0μm;C/SiC复合材料磨削力较小,是相同工艺参数下SiC陶瓷材料磨削力的35%~76%。     

C/SiC复合材料氧化残余强度计算模型

纤维氧化会使C/SiC复合材料的强度大幅度降低,因为是纤维中出现了缺口,不仅仅产生应力集中,而且纤维强度大大降低,纤维很容易发生断裂.文中基于这一损伤机理,建立细观力学分析模型,运用统计强度理论,对C/SiC复合材料无应力氧化残余强度进行模拟计算.模型引入纤维的氧化缺口,并考虑纤维特征强度的降低,获得与氧化试验值比较一...     

面向航空航天的C/C复合材料加工技术研究

C/C复合材料是一类新型材料,其加工技术研究已成为行业发展的关键共性技术。首先,对其在航空航天领域的应用进行综合评述;其次,着重阐述C/C复合材料加工技术的研究历程和技术进展,尤其是在超声波、电火花、机械的三元复合加工方面;接着,在现有C/C复合材料加工技术取得明显进展的基础上,分析指出存在的问题和不足,并提出新的思路和方向,比如在多材料、非均匀材质切削机理、加工关键工艺技术和刀具研制等方面。     

电磁搅拌和数值模拟在SiC/C19400复合材料制备中的研究

采用数值模拟及实验的方式研究不同频率电磁场对SiC/C19400复合材料铸造组织及性能的影响.通过模拟计算磁场强度及洛伦兹力的变化显示,通电线圈围合的空间内产生了磁场,越靠近边缘处磁场强度越大,并呈现向中心线性下降趋势,中心磁场强度为0.以熔体横截面为计算对象,在电流不变(30 A)的情况下,频率10 Hz时,熔体边缘...     

二维C/SiC复合材料低速冲击损伤特性的表征研究

为研究二维C/SiC复合材料的低速冲击损伤性能,采用落锤式冲击试验机进行低速冲击试验,并利用声发射技术对试验进行动态监测以及冲击后试样的检测。结果表明:冲击能量的大小是造成C/SiC复合材料损伤模式不同的主要因素,同时,声发射参数可以很好地表征C/SiC复合材料的损伤模式和损伤演化过程。在较低冲击能量下(3 J以下),材料的低速损伤主要是基体开裂;介于3 J到9 J之间的冲击作用下,基体开裂和分层是材料损伤的主要模式;冲击能量一旦超过9 J,材料中出现大量纤维断裂。     

Cf/SiC复合材料铣削加工过程仿真分析及试验研究

针对C_f/SiC复合材料铣削加工过程中刀具磨损快、加工效率低、加工工艺优化试验成本高等问题,开展C_f/SiC复合材料三维铣削仿真分析及试验研究。基于ABAQUS软件建立C_f/SiC复合材料三维铣削加工仿真有限元模型,预测加工过程中的铣削力,通过试验验证该模型的正确性。对比仿真预测的理论值和试验测得的实际值发现二者的平均误差仅为15%,所获取的一组较优的加工参数为C_f/SiC复合材料铣削加工参数优化提供了理论依据。     

碳纤维复合材料力学性能试样的加工研究

为提高碳纤维复合材料力学性能试样的加工质量和效率,降低加工成本,采用磨削加工工艺,并研发了相关装备。分析了所采用的磨削加工工艺原理,介绍了加工装备的结构,并给出了工艺路线、加工工具及加工参数。通过加工试验确认,与铣削加工相比,磨削加工碳纤维复合材料力学性能试样在加工精度、表面质量等方面均具有优势,一次性投入降低90%,刀具成本降低2/3。可见,磨削加工是一种经济高效的加工工艺,适用于碳纤维复合材料力学性能试样加工。     

初始缺陷对平纹编织C/SiC复合材料热膨胀系数的影响

基于有限元细观计算力学(FECM)提出了一种获得平纹编织C/Si C复合材料的初始缺陷对其热膨胀系数影响关系的方法。首先通过扫描电镜(SEM)观察将初始缺陷进行分类并利用SEM图对各类初始缺陷的分布特征进行测量和统计,然后依据测量和统计结果建立含初始缺陷的宏观材料代表体积单元(RVE)和纤维束RVE有限元模型,最后采用FECM方法预测含各类初始缺陷宏观材料RVE的热膨胀系数。基于以上方法得到了各类初始缺陷与宏观材料热膨胀系数之间的定量映射关系。     

平纹编织C/SiC复合材料层合板偏轴拉伸性能研究

通过理论和试验方法,分析了平纹编织C/Si C复合材料的偏轴拉伸性能。在室温下进行(0°/90°)和(±45°)、(30°/60°)试件的轴向拉伸试验和(0°/90°)试件的面内剪切试验。结果表明,材料的面内力学性能与材料纤维的方向角有明显的关系。经典层合板理论在初始低应力阶段仍然适用于平纹编织C/Si C复合材料,但随着载荷的增大,由于拉剪损伤耦合效应的影响,计算的应力-应变曲线逐渐偏离试验曲线。根据试验数据,给出了拉剪耦合的影响公式,对经典层合板理论模型进行修正,由修正后模型得到的计算应力-应变曲线与实测曲线吻合很好。     

纤维方向对C/SiC复合材料摩擦学特性的影响

以不同纤维方向C/SiC复合材料分别与氧化铝增韧的氧化锆陶瓷(Al_2O_3-ZrO_2)及调质处理的45~#钢组成摩擦副进行销-盘摩擦实验,研究对摩副材料及纤维方向对摩擦副摩擦磨损性能及磨损机制的影响。结果表明,C/SiC复合材料与Al_2O_3-ZrO_2和45~#钢摩擦时,其垂直纤维叠层方向的摩擦磨损性能均优于平行纤维叠层方向,且垂直纤维叠层方向C/SiC复合材料与Al_2O_3-ZrO_2摩擦副具有最小的摩擦因数和磨损率,摩擦过程更稳定;纤维C/SiC复合材料与Al_2O_3-ZrO_2陶瓷和45~#钢摩擦副的磨损形式主要均为磨粒磨损,与45~#钢摩擦时还伴随着化学磨损。     

B4C/Al复合材料的组织、力学性能和制备研究进展

B4C颗粒增强铝基复合材料不仅比强度高、耐磨性能优异,还兼具多种功能特性,是核工业、航空航天、汽车工业等领域中不可缺少的结构材料和功能材料.综述了B4C/Al复合材料的研究现状,总结了搅拌铸造法、粉末冶金法和冷喷涂增材制造法等各种方法的优缺点,对比了不同工艺下制备的B4C颗粒增强铝基复合材料的硬度、拉伸强度、屈服强度、...