先进复合材料在航空航天领域的应用

复合材料是当今科技发展的重要物质基础,特别是先进复合材料已经成为应用于航空航天的基本材料之一.本文简要概述了先进复合材料的特性,着重介绍了先进树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳/碳复合材料等的特点和研究进展,以及先进复合材料在航空航天领域的应用.     

树脂基复合材料的增强材料性能突显异军崛起

树脂基复合材料也称纤维增强塑料,是由以有机聚合物为基体的纤维增强材料,这种材料是用短切的或连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂基体经复合而成。是目前技术比较成熟且应用最为广泛的一类复合材料。应用广泛的树脂基复合材料通常采用增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。     

[工程应用]纤维增强树脂基复合材料增材制造技术与装备研究

在综述纤维增强树脂基复合材料增材制造技术的国内外研究现状基础上,分析了短纤维、长纤维、连续纤维增强树脂基复合材料的成形方法、工艺及性能。针对高性能的连续纤维增强树脂基复合材料的增材制造成形,研究了连续纤维增材制造成形机理及工艺,揭示了其成形性能的影响规律。指出了纤维增强树脂基复合材料增材制造技术与装备的未来发展趋势：亟需开展纤维增强复合材料的增材制造成形机理、成形工艺及装备研究,更好地推进纤维增强树脂基复合材料的广泛应用。     

先进复合材料在航空发动机外部管路中的研究进展

航空发动机外部管路系统是保证发动机正常运转的必要结构,目前外部管路主要使用的原材料有不锈钢、钛合金和镍基高温合金等金属材料。近年来,随着树脂基复合材料的不断发展,复合材料结构的耐温性、成型性、可靠性等性能均有了明显提升,在一些民用客机和发动机上逐渐替代原有的金属异形管路,极大限度地满足了管路系统在高性能、轻量化、一体化成型等方面的需求,展现出了良好的应用前景。本文针对航空发动机外部管路现状、复材管路应用前景、复材管路的选材和成型工艺的选择、以及复材管路适航符合性验证等方面进行了分析、综述和展望。     

芳纶纤维增强复合材料转子的有限元分析

转子是机械转动部件中的一种,存在于电动机、水轮机、风力发电机、飞轮储能系统等各种机电设备中。在飞轮储能系统中,转子的材料、形状等关键因素都会对系统的性能产生影响。文中以提高飞轮储能系统转子的转速为出发点,建立了复合材料转子的数字化模型,并且对芳纶纤维复合材料转子开展了有限元分析,确定了复合材料层数变化、过盈量变化等对轮毂和轮缘的径向应力、周向应力及转速的影响。数值模拟结果为芳纶纤维增强树脂基复合材料在复合材料飞轮中的应用提供了参考。     

树脂基复合材料耐腐蚀性能的研究进展

树脂基复合材料具有质量小、比强度高、性能可设计性以及耐腐蚀性优良等优点,在航空航天、民用机械等领域获得了广泛的应用。按基体材料的不同,综述了树脂基耐腐蚀复合材料的研究进展和发展趋势,介绍了复合材料的腐蚀机理,简要概述了树脂基复合材料在能源、建筑和汽车制造等工业的应用,并展望了树脂基复合材料在耐腐蚀性能方面的发展前景。     

纤维增强树脂基复合材料增材制造技术与装备研究

在综述纤维增强树脂基复合材料增材制造技术的国内外研究现状基础上,分析了短纤维、长纤维、连续纤维增强树脂基复合材料的成形方法、工艺及性能。针对高性能的连续纤维增强树脂基复合材料的增材制造成形,研究了连续纤维增材制造成形机理及工艺,揭示了其成形性能的影响规律。指出了纤维增强树脂基复合材料增材制造技术与装备的未来发展趋势:亟需开展纤维增强复合材料的增材制造成形机理、成形工艺及装备研究,更好地推进纤维增强树脂基复合材料的广泛应用。     

PTFE基复合材料的热膨胀特性分析

分析PTFE材料的常温相变,烧结制备PTFE材料和分别添加15%和25%芳纶纤维的PTFE基复合材料,利用热膨胀仪测定分析三种材料在-100～250℃温度区间内的热膨胀曲线和相应线膨胀系数曲线.结果表明,PTFE基复合材料在结晶转变区内的线膨胀系数可达到平均值的3～5倍.添加芳纶纤维后PTFE材料平均线膨胀系数减小,但结晶转变区内线膨胀系数却略有增大.     

金属基复合材料概述(1)

金属基复合材料是由陶瓷颗粒成纤维（如SiC,Al2O3,TiC,TiB等）增强金属或者合金基体而得到的,具有高的比刚度、比强度、耐磨性和高温性能,且具有可设计性,是一类高性能先进材料,在航空、航天、汽车等领域具有良好的应用前景。东南大学已开发出铝基、镁基、锌基、钛基等多种复合材料,有些已开始应用于汽车发动机。目前,可供应多种金属基复合材料的铸件与型材。     

芳纶纤维复合材料在天线工程中的应用

简要地介绍了芳纶纤维的性能及特点,论述了芳纶纤维复合材料在雷达天线罩、双频选择反射器、轻型结构天线及特种电路基板等方面的应用。     

格构增强型复合材料板材设计与试验研究

复合材料板材有质量轻和结构强的特点,可用于活动房、方舱和厢式车辆,替代传统的铝合金面层及金属骨架的板材。本文设计了一种格构增强型复合材料夹层结构板材,芯材为硬质聚氨酯泡沫,面层为玻璃纤维/不饱和聚酯树脂复合材料,采用整体模压共固化成型工艺。该板材经过拉伸强度、拉伸模量、拉伸延伸率、线膨胀系数、氧指数及其在规定的高、低温条件下的相关力学性能试验表明,保温隔热性能、力学性能和构造要求满足相关应用要求。     

一种快速制作栅格天线的新型解决方案

文中以一种树脂基碳纤维复合材料栅格天线反射面的制作成型为研究对象,详细阐述了该反射面成型后脱模模具工装的设计及成型方案。该栅格反射面所使用的主要材料为东丽公司的T700,基体为3234树脂体系。通过对复合材料模具的设计制作及使用、复杂复合材料制品二次脱模等方面的研究,提出了用球墨铸铁及碳纤维复合材料制造模具、采用真空袋热压罐成型工艺的新型解决方案。结果表明：与传统金属模具相比,在较大温差下复合材料模具具有尺寸精度更稳定、制作更简便、重量更轻等优势;利用复合材料过渡模具实现栅格反射面二次脱模可以大大提高生产效率。该方法对此类栅格反射面的制作具有指导意义。     

碳纤维液压油箱结构及散热设计

针对某高机动雷达轻量化研制要求,设计了以碳纤维为主体框架材料、使用工程泡沫作为芯材的液压油箱,并利用内隔板加强散热,相对于不锈钢油箱整体减重63%以上。根据该雷达液压系统间歇工作的特点,对系统温升及碳纤维油箱的散热情况进行了理论计算、仿真分析及试验验证,结果表明该碳纤维油箱散热性能满足使用要求。     

不同铺层转角T700/E44 复合材料拉伸强度有限元分析

碳纤维复合材料的失效行为与复合材料内部的应力状态有关,不同铺层转角的单向碳纤维复合材料层合板的性能具有明显差异。文中利用HyperWorks 商用有限元软件建立了T700/E44 复合材料层合板拉伸模型,基于Chang-Chang 复合材料失效模型对不同铺层转角复合材料层合板的 X 向及 Y 向拉伸性能进行了数值模拟分析。研究结果表明,复合材料层合板以45° 铺层转角对称结构层合时,复合材料有着最佳的综合拉伸性能。这对高性能雷达中复合材料部件的铺层结构设计具有重要的指导意义。     

一种短切碳纤维增强塑料强度的预测方法

高性能纤维增强的先进复合材料中,短切碳纤维增强塑料因在性能上的多面性及较低的制作成本而极具吸引力.综合前人的研究成果推导了短纤维增强复合材料的强度混合法则公式,并用纤维长度效应来修正短纤维复合材料中的轴向应力分布的不均匀性,建立模型来正确估计各种参数对强度的影响规律.以短切碳纤维增强PTFE复合材料为例说明强度预测的正确性,为新材料的应用及新型结构的设计提供了依据.     

苎麻增强环氧树脂复合材料的力学性能

分别以苎麻原麻和碱麻为增强体,KH550为偶联剂,制备了苎麻增强环氧树脂复合材料,研究了偶联剂用量和纤维含量对复合材料力学性能的影响,并对拉伸断口进行了观察。结果表明:当纤维的质量分数为50%,偶联剂用量为2%时,原麻/环氧树脂复合材料的力学性能最好,拉伸强度为172.9MPa,弯曲强度达365.4MPa;当纤维的质量分数为50%,偶联剂用量为3%时,碱麻/环氧树脂复合材料具有最好的拉伸性能,拉伸强度为117.3MPa;当纤维的质量分数为40%,偶联剂用量为3%时,碱麻/环氧树脂复合材料具有最好的弯曲性能,弯曲强度达293.2MPa。     

三维织物复合材料天线罩的应用研究

三维织物复合材料是一种新型的结构功能一体化材料,具有优异的力学和电磁波穿透性能。文中介绍了透波用三维中空织物的成型工艺,并采用环氧树脂体系通过真空导流的成型方法制备了某型号舰载雷达天线罩。研究并对比了三维织物复合材料和传统夹芯结构材料的力学性能,给出了三维织物复合材料的理论介电常数的计算方法。理论介电常数与实验实测值的对比结果表明,三维织物复合材料可用于天线罩。     

3D打印连续纤维复合材料丝材的成形规律

针对3D打印连续纤维增强热塑性树脂复合材料,研究了热塑性树脂在螺杆挤出过程中的流动机理和在纤维界面的浸渍行为,揭示了螺杆转速和牵引速度对复合丝材成形直径和纤维含量的影响规律。提出使用实际浸渍时间和理论完全浸渍时间来共同表征树脂对纤维的浸渍程度,观察复合丝材断面的形貌可知,高浸渍程度的丝材内部空隙较少,树脂和纤维结合更紧密。进行3D打印成形测试,当丝材的浸渍程度从17.25%提高到40.02%,样件的拉伸强度可从132 MPa提高到160 MPa,提高约21%。对样件进行动态力学性能分析(DMA)测试,试验结果表明浸渍程度高的复合材料成形件具有高的存储模量和损耗模量,表明其纤维和基体间的界面结合程度得到了提高和改善。     

雷达先进制造技术现状与发展

雷达装备制造是武器装备制造的重要组成部分,其制造技术融合了机械制造、微波与电子器件制造、特种制造等多领域的相关技术.文中阐述了雷达先进制造技术的体系和现状,展望了应用于新一代雷达的数字化制造、微电子制造、组装互联及热管理技术、先进复合材料技术、绿色制造和智能制造技术等先进制造技术的发展方向.     

基于VARTM工艺的纤维增强复合材料携行箱的研制

为适应战场环境的快速变化,要求系统具有高机动性能,也要求用来装载和保护电子设备的携行箱更加轻量化。文中针对轻量化需求,采用高强度、高模量的碳纤维材料和耐冲击性能好的芳纶材料作为增强复合材料,研究真空辅助树脂传递模塑（ Vacuum Assisted Resin Transfer Molding ,VARTM）整体成型工艺,研制了轻型复合材料携行箱,并对携行箱VARTM 工艺成型的有效性及可行性进行了验证。采用该工艺制作的携行箱具有重量轻、强度高、成型快速、生产效率高、制造成本低、环境适应性强等优点,具有较高的工程价值和发展前景。