嵌入式共固化复合材料阻尼结构研究概述

通过对复合材料阻尼结构的制作工艺、分析方法及研究方法的综述,概述其目前的研究现状:大量研究主要面向连续阻尼结构进行,对穿孔阻尼结构和网格阻尼结构的研究相对较少。今后应加大对二者的制作工艺、动力学性能、弯曲性能及层间结合性能等方面的理论和试验研究。另外,适用于多种材料且结构复杂的模态应变能数值模型是嵌入式共固化复合材料阻尼性能的一个重要研究方向。     

嵌入式共固化网格阻尼结构复合材料的动力学性能研究

建立嵌入式共固化网格阻尼结构复合材料的有限元数值模拟模型,提出了用改进的应变能法分析该网格结构的阻尼特性;通过对比所得模拟数据与实验结果,表明该模拟方法的有效性,再用验证了的模型和方法分别研究了不同几何参数对整体结构模态损耗因子和频率的影响,相关结论对嵌入式共固化网格阻尼结构复合材料的动力学性能理论预估具有重要指导意义。     

新型导弹惯组支架的共固化阻尼减振方法研究

为降低惯组等精密设备的振动响应,采用共固化阻尼技术开展惯组支架的减振研究.首先,应用复合材料进行等代设计,获取惯组支架结构形式;然后基于Layerwise板理论建立共固化阻尼支架的有限元模型,并完成复合材料铺层及阻尼铺层参数优化,实现惯组支架的结构/减振一体化设计;最后,通过地面振动试验验证减振设计的有效性.试验结果表明,相比于传统的金属材料和复合材料,共固化阻尼支架的放大倍数显著减小,降幅达到75％以上,减振效果优异.     

嵌入式共固化阻尼复合材料结构拉伸性能研究

通过面内拉伸试验和层间拉伸试验研究嵌入式共固化复合材料的拉伸性能,探讨沿纤维方向拉伸和半角拉伸的强度差异及层间拉伸强度。结果表明:纤维铺设角度对嵌入式共固化复合材料的拉伸性能有重要影响,不同铺设角度下的性能差异较大,面内拉伸强度的差异达1.71倍;首次通过实验得到嵌入式共固化复合材料的层间拉伸强度值,其值较面内拉伸强度小的多,约为0.398 MPa。     

一种质轻、高强度复合材料阻尼仪表板的设计

针对工程应用需要,研究设计一种质轻、高强度复合材料大阻尼的仪表板,提出使用共固化工艺制作新型嵌入阻尼的复合材料与PMI泡沫组合的多层夹芯结构,该结构能保持了复合材料优异的力学性能,又能达到减振、质轻的效果,并根据选用复合材料和铺层的不同提出了两种设计方案;通过有限元模型的计算分析初步表明:所提出方案能达到设计要求,结论可以为精密、高速、动载复合材料构件的设计提供参考。     

石墨微胶囊改性超高分子量聚乙烯舰船水润滑尾轴承复合材料的摩擦学性能

舰船水润滑尾轴承用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)材料在低速重载工况下常出现严重磨损,填充石墨能够提高材料的自润滑性,但会因团聚效应难以共混均匀,将石墨微胶囊化可提高分散性。通过复乳液法制备芯材为石墨、壁材为脲醛树脂的微胶囊,与UHMWPE共混制成复合材料,并制备石墨共混材料作为对照组。在载荷为0.6 MPa、转速分别为150 r/min和250 r/min的工况下测试复合材料的摩擦磨损性能;利用激光干涉表面轮廓仪和扫描电子显微镜观察其磨损面形貌,分析磨损机理。结果表明：石墨微胶囊在基体材料中具有良好的分散性,能够降低材料的摩擦系数并且使摩擦系数变化更为稳定;适量的石墨微胶囊能改善磨损面形貌,降低磨损量;试验中微胶囊含量为5%的材料摩擦学性能最好,150 r/min时摩擦系数为0.110,与纯UHMWPE相比降低了23.61%.     

激光织构对干摩擦性能的影响及机理研究

采用LM-YLP-20F-Ⅱ型激光打标机进行表面织构化处理,形成具有规则排列的圆形微坑阵列。通过环-块线接触摩擦磨损试验,研究了不同面密度的激光表面织构对干摩擦磨损性能的影响,采用探针轮廓仪和扫描电镜对试件的表面形貌进行了分析。建立了摩擦副的简化接触有限元模型,模拟摩擦副的滑动摩擦过程,从应力的角度分析表面织构对干摩擦性能的影响机理。试验结果表明：激光表面织构化对试件表面硬度影响显著;当激光织构面密度小于20%时,构成摩擦副的两试件的磨损量都小于无织构情况;当织构面密度大于20%时,与无织构情况相比,织构化试件的磨损仍降低,但对偶件的磨损反而增大。仿真结果表明：对织构化试件的对偶件来说,在一定的织构面密度范围内,在平均应力无大幅提高的前提下,织构凹坑的存在,缓解了接触区应力集中现象,从而有利于降低磨损。采用LM-YLP-20F-Ⅱ型激光打标机进行表面织构化处理,形成具有规则排列的圆形微坑阵列。通过环-块线接触摩擦磨损试验,研究了不同面密度的激光表面织构对干摩擦磨损性能的影响,采用探针轮廓仪和扫描电镜对试件的表面形貌进行了分析。建立了摩擦副的简化接触有限元模型,模拟摩擦副的滑动摩擦过程,从应力的角度分析表面织构对干摩擦性能的影响机理。试验结果表明：激光表面织构化对试件表面硬度影响显著;当激光织构面密度小于20%时,构成摩擦副的两试件的磨损量都小于无织构情况;当织构面密度大于20%时,与无织构情况相比,织构化试件的磨损仍降低,但对偶件的磨损反而增大。仿真结果表明：对织构化试件的对偶件来说,在一定的织构面密度范围内,在平均应力无大幅提高的前提下,织构凹坑的存在,缓解了接触区应力集中现象,从而有利于降低磨损。     

界面阻尼模型的研究

本文介绍了用摩擦粘性模型表示复合材料中界面阻尼的分析模型。这种模型用一种简化系统的运动方程表示,简化系统由两根具有一般界面的长薄壁组成。这种理论进一步扩展,把系统考虑成一种多层夹层结构的梁系统。时间响应的精确解可给出振动特性,譬如系统的阻尼和自然频率。作为例子解决了四种常见边界值问题。通过对这些结果的比较表明,边界条件在确定每个系统的动响应中起着非常重要的作用。     

自润滑弹头壳用钢摩擦行为研究

为减轻身管內膛磨损,提高身管寿命,提出了采用销盘摩擦方式模拟弹头与身管內膛的摩擦行为方法。利用扫描电子显微镜和光学轮廓仪对销盘摩擦表面分别进行表征,研究了常用弹头壳用材和自润滑弹头壳用钢对磨Cr层的摩擦行为,并对自润滑机制进行了探讨。结果表明：弹头壳用钢在低硬度范围内（161~227HV0.2）,随着硬度的增加,室温摩擦系数缓慢降低（约11%）,700 ℃高温时摩擦系数则变化不大,说明通过改变硬度来减小摩擦系数的效果不明显;而在超低碳钢（223HV0.2）中添加S和Pb,可形成固体润滑剂硫化物和Pb,室温摩擦系数可降低约25%,700 ℃高 温时摩擦系数可降低23%~34%,有效地减轻了Cr层磨损。     

AlMgB14-TiB2复合材料的高温摩擦磨损特性

采用电场激活压力辅助烧结(FAPAS)法制备Al Mg B14-30%(质量分数)Ti B2超硬复合材料。用往复式球盘磨损仪测试材料从室温到800℃的摩擦磨损性能,磨损表面的相结构和形貌分别用XRD和SEM进行测试。结果表明:复合材料在300℃以下的摩擦因数为0.45~0.55,500~600℃的摩擦因数为0.65;当温度升高到800℃时,复合材料的摩擦因数最低,主要原因是表面生成了一层摩擦因数比较低的氧化物薄膜。磨损机理在室温时为轻微的磨粒磨损,高温时则转变为黏着磨损。