复合材料结构件的机械连接工艺

讨论复合材料结构件的铆接和螺接工艺的特点，分析机械连接工艺过程中可能出现的缺陷及预防办法，提出机械连接时的制孔工艺要求。     

叠层复合材料超声振动辅助螺旋铣削制孔工艺的试验研究

针对某40CrNiMoA/玻璃纤维增强塑料（GFRP）航空叠层复合材料构件连接孔的制孔质量差和加工效率低的问题,提出了超声振动辅助螺旋铣削制孔新工艺。分析了超声振动辅助螺旋铣削制孔方法的刀具运动轨迹,给出了超声振动有效加工的振幅范围,在相同的切削速度与加工效率下,分析比较了3种不同 工艺方法的切削力、切削温度及制孔质量。试验结果表明：相对普通螺旋铣削与钻削,超声振动辅助螺旋铣削加工40CrNiMoA材料时切削力分别降低25%和40%,最高切削温度降低15.7%和22%;加工GFRP材料时,最高切削温度降幅分别为16.5%和50%,且孔出口撕裂、毛刺等缺陷明显减少,达到制造要求。     

连接工艺对铝合金搭接结构力学性能影响

为使飞机结构轻量化,用搅拌摩擦点焊、铆接、电阻点焊工艺连接某型飞机的典型铝合金搭接结构件并进行力学性能对比。对3种连接结构件的拉剪和疲劳失效形式进行分析,比较拉剪及疲劳性能,评价3种工艺疲劳可靠性。结果表明：搅拌摩擦点焊与铆接结构件拉剪性能相当,搅拌摩擦点焊的疲劳性能稍低于铆接结构件,两者的拉剪和疲劳性能均优于电阻点焊结构件。同时,搅拌摩擦点焊和铆接结构件的疲劳可靠性均优于电阻点焊。综合考虑力学性能、环保和结构轻量化等因素,搅拌摩擦点焊对实现飞机结构轻量化具有重大意义。     

复合材料结构件的机构连接工艺

讨论复合材料结构件的铆接和螺接工艺的特点，分析机械连接工艺过程中可能出现的缺陷以预防办法，提出机械加接时的机制工艺要求。     

环氧基CFRP冲击性能及损伤容限性能研究

为获得碳纤维增强复合材料(carbon fibre reinforced plastics,CFRP)受低速冲击时的损伤情况,对环氧基CFRP层合板进行抗冲击及损伤容限性能试验。为获取不同冲击能量下CFRP层合板的低速冲击响应信息,对CFRP层合板进行低速冲击试验,基于试验结果进行层合板低速冲击损伤形式、损伤机理及能量响应和冲击损伤形貌分析;为确保复合材料结构的耐久性和损伤容限,进行冲击后压缩试验,分析CFRP的损伤阻抗和损伤容限。结果表明:冲击能量在冲击过程中被吸收或转化,CFRP层合板的分层阈值和冲击能量无关,与材料的属性及成型工艺相关;CFRP层合板的冲击能量-凹坑深度曲线与凹坑深度-剩余压缩强度曲线拐点位置一致,且拐点对应的凹坑深度不超过BVID规定的凹坑深度。     

CFRP应用工艺研究

新型的CFRP在卫星、运载火箭、飞机等方面已有应用。CFRP作为工程和烧蚀材料,不但可以大大减轻宇宙飞船、导弹的重量,改善其性能,甚至还能解决许多工程技术中的关键问题。本文介绍了一级副翼部分CFRP零件的研制。在研制过程中,对材料的性能要求,CFRP制造工艺,组装连接等几方面提出了我们的做法。该部件为在大载荷作用下(38t/m~2)采用了变截面的全CFRP,骨架,铝蒙皮或CFRP蒙皮组合的桁式结构。制做的一级副翼,做了静热强度试验,达到了设计要求。     

7A52铝合金焊接结构件疲劳性能研究

用西南铝加工厂生产的6mm厚7A52铝合金板、5A56焊丝,采用手工氩弧焊接的方法,焊接了9件箱形模拟结构件。对其弯曲疲劳性能进行了研究,试验频率为4.5-6Hz,应力比R=0.1。试验后对铝合金模拟结构件疲劳断口形貌进行了微观分析,确定裂纹形成机制。结果表明,7A52焊接模拟结构件的疲劳特性为离散分布,说明模拟结构件疲劳现象是一种较为复杂、相互联系的多因素过程。因此,结合国外资料介绍铝合金焊接结构件的试验数据,经保守估算,7A52焊接结构件的弯曲疲劳寿命N=1×106次的疲劳强度值为σ0.1=45MPa。经扫描电镜微观分析表明,疲劳裂纹源均由焊接缺陷引起。     

电子束焊焊缝超声C扫描检测技术研究

采用超声C扫描技术检测结构件的电子束焊焊缝。设计制作电子束焊焊缝模拟对比试样,利用模拟对比试样研究超声C扫描检测工艺。结果表明,超声C扫描技术可实现对结构件的电子束焊焊缝缺陷的定性、定位、定量检测。     

DLC涂层立铣刀的磨损形态及机理分析

利用DLC涂层刀具对碳纤维增强复合材料(CFRP)进行铣削加工,研究刀具的主要磨损形态及磨损机理,分析刀具磨损对铣削力和铣削加工质量的影响规律。结果表明:DLC涂层刀具主要存在磨粒磨损和涂层剥落等磨损形态,而树脂黏附主要出现在涂层剥落区;随VB值的增大,分层因子F_d逐渐增大,且刀具进入急剧磨损阶段,F_d呈快速增大趋势;随VB值的增大,切削力增大趋势较为平缓,当VB值超过62μm时,切削力出现较明显增大;切向切削力F_y对分层因子F_d的影响显著,当径向切削力F_x超过192 N时,F_x对F_d的影响显著增强。     

分层结构PELE侵彻多层间隔靶横向效应实验研究

为了研究不同弹丸结构和壳体材料对PELE横向效应的影响,通过实验方法,对比研究了常规结构、轴向分层结构和径向分层结构PELE(壳体材料均为钨合金)对多层间隔金属靶的毁伤效果。研究结果表明:轴向和径向分层结构PELE产生的破片数量较常规结构PELE分别提高了5.3%和84.2%,且其对第2层靶板的开孔尺寸分别提升了23%和16%,但是它们无法对后续靶板继续形成高效毁伤; 故此,将分层结构PELE的壳体材料换成钨丝/锆基非晶复合材料,做进一步实验研究。实验结果发现:钨丝/锆基非晶复合材料的分层结构PELE对第2层靶板的开孔尺寸下降约10%,但是,对第3层、第4层靶板的破坏尺寸提升分别约90%～140%和25%～30%。结果表明:钨丝/锆基非晶复合材料与分层结构PELE相结合,可提升对多层间隔靶板的高效毁伤。     

含预制缺陷PBX模拟材料损伤演变的原位CT研究

为研究初始损伤对高聚物粘结炸药(PBX)在外力作用下结构变化与损伤行为的影响,采用预制缺陷的方式模拟了初始损伤,制备了不含预制缺陷、含斜45°非贯通缺陷以及含斜45°贯通缺陷的3组PBX模拟材料样品,利用经改进的圆弧压头巴西试验加载方式,在X射线CT系统上开展原位研究。通过数字图像处理技术获得了裂纹及孔隙的三维形态、尺寸及空间分布信息。利用ABAQUS软件对试验进行了有限元模拟。结果表明,预制缺陷与巴西试验加载方向呈45°角时,预制缺陷会破坏其加载方式的对称性,样品的损伤行为也会相应发生改变;非贯通缺陷与贯通缺陷对样品的损伤行为的影响有很大区别;含非贯通缺陷的样品会发生分层现象,即表层缺陷对样品损伤行为的影响范围主要集中在含有缺陷的部分;模拟的结果与试验结果吻合较好,在一定程度上解释了试验现象。     

SiC/GFRP叠层复合装甲旋转超声孔加工轴向力与制孔质量研究

SiC/GFRP叠层复合装甲成型后具有高强度、高硬度、高韧性、高黏性等特点,孔加工极为困难,易出现叠层界面失效、陶瓷崩边、纤维撕裂等损伤。采用新型烧结/钎焊复合工艺薄壁金刚石套料钻,结合旋转超声振动辅助孔加工技术,建立了单颗磨粒的运动学模型,超声振动套孔加工时套料钻与工件周期性地接触分离,其断续切削特性有利于减小轴向力。对SiC/GFRP叠层复合装甲进行制孔试验,分析常规加工和超声辅助加工轴向力的变化规律和制孔质量。研究结果表明,相比于常规套磨加工,超声辅助套磨加工轴向力显著减小,降幅最大达31.8%;超声加工入孔叠层界面处粘结紧密,未出现陶瓷崩碎严重的现象;有效避免了常规加工出孔处不规则隆起和隆起高度较大的缺陷,隆起高度降幅最大达61.03%,显著改善了钻削出孔表面质量,降低了出孔损伤程度,为SiC/GFRP叠层复合装甲的高效低损伤连续孔加工提供了理论参考。     

超塑成型Ti-6242板材的特性

<正> 为了开发能够降低未来航空和航天结构重量的成型与连接的改进方法,美国航空航天管理Langley研究中心进行了新型工艺方法和金属的研究。研究表明,超塑成型(SPF)、超塑成型加钎焊(SPFWB)以及超塑成型加扩散粘结(SPFDB)是生产钛结构并可提高效率的可行生产工艺。只是较为简单的超塑成型工艺就会对未来的结构件发生很大的影响。     

一种用于大型液压支架销轴拔出的液压拔销器

针对大型液压支架结构件之间的连接销轴,大而长,拔出困难的问题,设计了一种液压拔销器,靠液压力,采用分步拔销方式,将销轴从支架结构件中拔出,并用SOlidWorks软件对拔出过程进行了仿真。     

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。     

非金属夹层三明治结构自冲铆接头力学性能

为探究非金属材料作为自冲铆接头夹层的力学性能,选取1.5 mm的5052铝镁合金为上下基板,分别以厚度为1mm的CFRP、1 mm的PC及0.1 mm的PET为夹层材料制备单搭式自冲铆接头,对各组接头沿子午线剖面进行成形质量评价,用MTS电液伺服材料试验平台对接头进行拉伸-剪切试验,分析最大破坏载荷与能量吸收值,对接头破坏位置进行SEM电镜扫描,分析其破坏形式。结果表明:自冲铆接技术可对非金属夹层三明治结构进行有效连接,接头破坏形式均为铆钉拉脱、铆扣结构破坏、内壁刮痕;夹层材料为PC板时,接头内锁结构更好,其破坏载荷及能量吸收值均优于以CFRP、PET为夹层材料的三明治结构自冲铆接头。     

亚毫米级金属微粒的爆炸驱动:模型与数值计算

为准确描述重金属粉末嵌层碳纤维复合材料(CFRP)壳体静爆下对人员目标的毁伤效应,验证其低附带毁伤特性,着重分析重金属颗粒群、爆轰产物、冲击波前沿三者间的时程关系及相互耦合作用下的终点毁伤效应。结合理论分析和试验研究,获得了重金属粉末嵌层CFRP壳体战斗部等效简化结构模型。在Visual C++语言基础上,采用二维数值模拟程序和Tecplot后处理软件,分析爆轰驱动过程中不同装药条件对粒子、爆轰产物和冲击波前沿时程关系的影响规律。结果表明,颗粒追赶距离随密度增加而增加,随着颗粒质量分数增加,粒子追赶冲击波和爆轰产物的距离增大。     

C/C复合材料与镍基高温合金连接接头断裂机制的研究

C/C复合材料与镍基高温合金的连接构件在航空、航天和军工等领域具有很重要的应用前景,利用真空热压工艺成功实现C/C复合材料与镍基高温合金之间的有效连接,并借助SEM、EDS和材料万能试验机,对连接接头的断面及断裂过程进行研究。结果表明:连接中间层可视为特殊的复合材料,接头的断裂模式应为积聚型断裂;而影响接头断裂主要因素则是连接面内各部分材料之间的热膨胀系数的不匹配。     

复合材料螺栓连接强度与损伤扩展分析

基于ABAQUS建立复合材料层合板螺栓连接三维渐进损伤模型,并通过数值模拟与实验极限强度值的对比,证明模型具有较好的准确度,相对误差均在8%以内。在此基础上,研究螺栓-孔配合精度对层合板螺栓连接强度的影响,并预测其损伤起始到最终失效的损伤扩展过程。结果表明,采用干涉量较小的干涉配合可以提高接头的极限强度;损伤单元由中间铺层向表面铺层扩展,当损伤单元由孔边沿径向扩展至板宽边缘时,层合板最终失效。     

复合材料螺栓连接强度与损伤扩展分析

基于ABAQUS建立复合材料层合板螺栓连接三维渐进损伤模型,并通过数值模拟与实验极限强度值的对比,证明模型具有较好的准确度,相对误差均在8%以内。在此基础上,研究螺栓-孔配合精度对层合板螺栓连接强度的影响,并预测其损伤起始到最终失效的损伤扩展过程。结果表明,采用干涉量较小的干涉配合可以提高接头的极限强度;损伤单元由中间铺层向表面铺层扩展,当损伤单元由孔边沿径向扩展至板宽边缘时,层合板最终失效。