(CoCrFeMnNi)p/Ti复合材料变形损伤行为研究

用真空热压烧结制备体积分数为7％的(CoCrFeMnNi)p/Ti复合材料.将试验研究与数值模拟结合,研究(CoCrF-eMnNi)p/Ti复合材料变形损伤行为.结果表明:真空热压烧结后的复合材料中无新相生成,界面结合较好.高熵合金颗粒提高了复合材料压缩性能,抗压强度达1773 MPa.有限元模拟发现,颗粒位置对基体变形存在一定作用,相邻颗粒间基体的应力及应变大于颗粒周围基体.界面最先达到应力应变临界值,随后萌生裂纹,发生损伤.不完整颗粒界面比球形颗粒界面更易损伤.     

复合固体推进剂颗粒与基体初始界面有无缺陷的细观模型对比

复合固体推进剂的制备工艺和环境因素会引起其颗粒与基体初始界面的浸润能力下降,进而导致材料内部存在随机分布的初始缺陷。为探究初始缺陷对推进剂力学性能的影响,基于分子动力学方法建立细观颗粒填充模型,利用通用有限元分析软件Abaqus子程序VUMAT开发指数内聚力模型,并建立颗粒与基体初始界面粘结强度相同的无缺陷模型,以及颗粒与基体初始界面粘结强度的密度函数呈Weibull函数分布的初始缺陷模型。通过对比两种模型的数值计算结果发现：初始缺陷模型的网格敏感性低于无缺陷模型;在初始缺陷模型中,形状参数越小,模型内初始缺陷含量越高,初始弹性模量越低。研究结果表明,初始缺陷模型较无缺陷模型能更准确描述推进剂在单轴拉伸条件下的损伤演化过程。     

颗粒复合材料颗粒相/基体相界面结合强度

就颗粒复合材料相界面结合强度的定义、影响因素及其对颗粒复合材料力学性能的影响等方面作了综述,指出了目前研究中存在的问题,提出了颗粒复合材料相界面结合强度研究的方案。     

粉末冶金铍铝合金相界面微观应力场的有限元分析

针对粉末冶金铍铝合金建立铍颗粒球形粒子填充铝基复合材料有限元模型,采用线弹性轴对称有限单元,计算铍铝合金复合材料在拉压两种情况下铍粒子与铝基体界面处的应力场,定性讨论界面脱粘、裂纹形成与扩展的力学原因。研究结果表明,在拉应力场中,第一主应力与von Mises应力在偏离赤道45°附近同时取得最大值,此处是界面最容易脱粘和屈服最先发生的区域;在压应力场中,von Mises应力与拉伸场相同,而第一主应力变化很小,法向应力在压缩场中变为负值;近界面的颗粒与基体受到此消彼长的法向应力相互作用。     

TATB造型粉颗粒单轴压缩力学性能

为掌握三氨基三硝基苯（TATB）造型粉颗粒力学性能,设计了一种适用于X射线微层析成像系统的原位微米力学加载装置,利用X射线微层析成像技术对颗粒细观结构特征进行了无损表征,采用Hertz法向接触模型对单个造型粉颗粒力-位移关系进行了研究,获得了单个TATB造型粉颗粒的杨氏模量、屈服点、接触刚度、破坏荷载等力学参数与颗粒外形、孔隙形态、孔隙分布等结构特征。结果表明,单个TATB造型粉颗粒准静态法向压缩过程表现出弹性变形、弹-塑性变形与破坏崩塌三个阶段,颗粒内部尺寸小且空间结构分散的孔隙在颗粒变形过程中基本不发生变化,颗粒内部尺寸大且平行于加载方向的片状孔隙显著降低颗粒破坏强度,颗粒内部结构的差异对其压缩力学性能影响较大。     

W骨架/Zr基非晶合金复合材料动态力学特性研究

利用分离式Hopkinson压杆装置(SHPB)和SEM、XRD等测试方法研究了W骨架/Zr基非晶合金复合材料的动态力学性能及断裂模式。结果表明,复合材料具有较高的动态压缩强度,在采用0.8MPa打击压力时动态压缩强度接近1900MPa。复合材料的断裂包括沿W/W界面、W/非晶界面开裂以及W颗粒解理几种断裂模式,W骨架的特性和材料的交叉网络结构提升了整体塑性。     

加热温度对铝-钢复合材料组织和性能的影响

研究了铝-钢复合材料经不同温度加热后组织和性能的变化。结果表明,在350℃以下温度加热复合界面基本上无变化,而在400℃以上温度加热复合界面上有FeAl金属间化合物生成,且化合物层的厚度逐渐增大;界面结合强度随加热温度升高呈下降趋势;350℃以上温度加热后,侧弯曲角度均达不到90°即发生界面开裂;高温拉脱强度在350℃时已降至爆炸态的10％以下。因此铝-钢复合材料的加热温度不要超过350℃,以防止界面化合物的生成,保证铝-钢复合材料的良好性能。     

石墨烯/陶瓷颗粒增强聚氨酯基复合材料动态压缩性能

聚氨酯良好的力学性能使其广泛应用于各种领域，通过在聚氨酯基体中引入石墨烯增强体，能够大幅度增强聚氨酯基复合材料的各项性能。为得到具有高抗冲击能力的聚氨酯基复合材料，使用原位聚合法制备氧化石墨烯增强聚氨酯，通过霍普金森杆装置对其进行不同应变率下的动态压缩试验。采用无压渗透法加入直径3.3 mm的Al2O3颗粒陶瓷作为新的增强相。对石墨烯/颗粒陶瓷增强聚氨酯基复合材料进行动态围压实验，得到试样的应力-应变曲线。应用LS-DYNA动力学仿真软件建立复合材料有限元仿真模型，结合实验数据验证仿真的可靠性。分析复合材料在动态围压下的变形过程和损伤机理，开展不同粒径试样在动态围压下的仿真分析，讨论不同粒径的颗粒陶瓷对复合材料动态压缩的力学性能影响。研究结果表明：颗粒陶瓷粒径与复合材料的抗压强度密切相关，随着陶瓷颗粒粒径减小，即陶瓷颗粒数量增多，间隙减小时，复合材料的抗压性能也相应提高。     

压缩刚度法评价含能晶体颗粒的凝聚强度

提出了从晶体颗粒力学性能角度出发来评价含能晶体颗粒品质的方法——压缩刚度法。根据压制曲线,定义了晶体颗粒集合体的初始割线模量,并据此来评价含能晶体颗粒的凝聚强度。利用食盐、砂糖和谷氨酸钠晶体颗粒进行了压缩刚度试验,验证了压缩刚度法的有效性。针对三种不同类型黑索今(RDX)晶体样品,即混合溶剂重结晶法样品、重结晶并溶液球形化样品以及工业级粗颗粒样品进行了压缩刚度试验,计算其初始割线模量值分别为89.5MPa,85.0MPa和48.0MPa。实验结果表明,重结晶法显著提高了RDX晶体颗粒凝聚强度,改善了RDX晶体品质;两种结晶处理工艺后的RDX晶体颗粒的凝聚强度差异不明显。     

基于细观参数的HTPB推进剂粘接界面损伤演化数值模拟

为了研究加载角度对三组元端羟基聚丁二烯（HTPB）推进剂粘接界面细观失效机理的影响,使用微CT对单轴拉伸过程中的粘接界面进行原位扫描与重构,表征其损伤演化过程,然后将细观结构参数与损伤变量引入内聚力模型,得到不同加载角度下粘接界面的细观损伤演化过程。结果表明,粘接界面高氯酸铵（AP）颗粒的初始脱湿主要从靠近界面的弱界面层开始,方向沿界面的剪切分力方向。界面破坏形式与剪切角度有关,合力与界面的角度越小,裂纹越容易扩展至推进剂/衬层界面,反之裂纹扩展更容易发生在AP颗粒间。通过与CT试验结果对比,从失效模式与载荷位移关系验证了计算结果的准确性,揭示了不同加载角度下推进剂粘接界面结构的损伤演化规律。     

玻纤增强聚氨酯泡沫塑料界面形成特性及对其力学性能的影响

采用激光共聚焦扫描显微镜和红外光谱仪对玻纤增强聚氨酯泡沫塑料的界面形成特征进行了研究。显微镜观察结果显示：硅烷偶联剂550（KH55）对玻纤的表面处理效果良好，在玻纤表面生成一致密的膜，膜的厚度和均匀度会影响聚氨酸泡孔的形成。红外光谱仪测试结果显示：多次甲基多苯基多异氰酸酯（PAPI）上的异氰酸根与KH550中的－NH2发生反应，生成了脲基，形成了稳定的化学键合界面。对两种不同偶联剂处理的GF／PUR力学性能进行了测试，在相同的成品密度下，压缩强度增加幅度几乎一致，压缩模量增加量稍有不同。     

内弹道颗粒轨道模型及数值计算

该文介绍了一种新型的内弹道两相流模型──颗粒轨道模型。用欧拉法描述火药燃气流场，而用拉格朗日法描述了火药颗粒，分别跟踪所有的火药颗粒，考虑它们在流场中位置、速度、质量的变化，两相之间各种参量的耦合反映在各守恒方程的源项中。采用单元内颗粒源法对该模型进行了数值计算，成功地预测了膛内流场的细节及火药颗粒的运动规律。     

NEPE推进剂拉伸破坏过程实验研究

为研究NEPE推进剂在拉伸载荷作用下的破坏情况,利用扫描电镜对其在拉伸载荷作用下的细观形貌变化进行了原位观察.结果表明: NEPE推进剂在静态拉伸应力作用下首先在大填充颗粒处出现界面脱粘,形成微裂纹,同时粘合剂被拉成丝状.然后微裂纹沿着附近的大填充颗粒处进行扩展,形成宏观裂纹,同时伴随着粘合剂的断裂,并最终导致NEPE推进剂出现整体断裂.本文进一步利用有限元方法对不同大小填充颗粒在拉伸作用下的受力情况进行了分析,结果表明在相同应变下,大颗粒粘结界面处的应力明显大于小颗粒粘结界面处的应力.因此,认为NEPE推进剂在静态拉伸过程中的主要破坏模式为大填充颗粒处的粘结界面破坏.     

内弹道分散颗粒模型及数值计算

介绍了一种新型的内弹道两相流模型－分散颗粒模型。用欧拉法描述火药燃气流场，用拉格朗日法描述火药颗粒，分别跟踪所有的火药颗粒，考虑它们在流场中位置、速度、质量的变化，两相之间各种参量的耦合反映在各守恒方程的源项中。采用单元内颗粒源法对该模型进行了数值计算，成功地预测了膛内流场的细节和火药颗粒的运动规律。     

氮化铝颗粒表面镀铜及其增强铜基复合材料

为了改善AlN颗粒与铜基体之间的界面结合状况,采用化学镀的方式在AlN颗粒表面包覆铜。将表面镀铜的AlN颗粒与未镀铜的AlN颗粒采用粉末冶金工艺与铜制备成不同体积分数的AlNp/Cu系列复合材料。比较了镀铜AlNp/Cu与未镀铜AlNp/Cu复合材料的相对密度、硬度、屈服强度、导电性能及摩擦磨损性能。结果表明,AlN颗粒表面镀铜增加了与基体的界面结合强度,使复合材料在相对密度、硬度、屈服强度、导电性能及摩擦磨损性能等方面均有不同程度的提高。     

复合固体推进剂动态断裂研究

用轻气炮驱动飞片技术对复合推进剂进行了动态压缩和层裂实验，选用有机硅橡胶衬底材料，利用压阻计测得了复合推进剂中的层裂信号，结果表明，复合的推进剂在动态压缩条件下主要表现为固体颗粒高氯酸铵的破碎，即首先在固体颗粒中产生微裂纹，在动加载下呈脆性断裂性质，测得的层裂压力曲线与典型的层裂信号明显不同，同时，采用细观分析方法得到了一个描述固体推进剂断裂的简化脆性损伤模型，并利用本模拟了层裂过程，计算结果与     

基于SEM原位拉伸的HTPB推进剂/衬层粘接界面破坏过程分析

采用扫描电镜(SEM)原位拉伸试验系统对端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂/衬层粘接界面试件拉伸破坏过程进行了观察,实时采集了界面变形破坏过程的SEM图像,结合粘接界面的宏观应力-应变曲线,分析其在拉伸过程中细观变形破坏机理。结果表明:推进剂/衬层粘接界面拉伸的过程可以分为斜率较大的线性段(应变为0~5%)、斜率较小的线性段(应变为5%~25%)、非线性段(应变为25%~29%)和破坏段(应变为29%~35%)四个阶段,且验证试验所用试件的推进剂/衬层粘接界面分别在应变为25%和30%达到极限应力。研究发现试件内部颗粒的脱湿和基体间的脱粘是导致其力学性能变化及失效的主要原因,同时,可用推进剂相颗粒脱湿尺寸随应变的变化表现粘结界面失效的变化规律:脱湿尺寸随应变线性增大表示粘接界面还未破坏,当脱湿尺寸增大速率减小或不增大时,表示粘接界面已经破坏。     

流变铸造法制备SiC_p／Zn基复合材料的研究

采用流变铸造法制备了ＳｉＣｐ／Ｚｎ基复合材料，对该材料进行了弯曲强度、冲击韧性、压缩强度、硬度及耐磨性等性能试验，结果表明：ＳｉＣｐ的加入，使锌合金的压缩强度、室温和高温硬度以及耐磨性明显提高，其弯曲强度略有降低，而其冲击韧性下降３～５倍。最后还讨论了颗粒含量、颗粒直径以及基体特性对该复合材料性能的影响。     

Al/Ni类含能结构材料冲击压缩特性细观模拟

为了研究含能结构材料冲击响应特性,开展了以Al/Ni为代表的含能结构材料冲击压缩细观模拟研究。结合扫描电子显微镜照片分析了三种典型Al/Ni类含能结构材料的细观结构特性,研究了材料配比、制备工艺对材料细观结构的影响规律。从细观结构照片和细观颗粒初始形态入手,分别建立了Al/Ni类含能结构材料冲击压缩细观模型,计算并比较了该类材料在冲击压缩过程中的颗粒变形、压力响应、冲击温度分布及冲击波传播特性。结果表明：Al/Ni粉末复合材料的细观颗粒主要以Ni为基体,且Al颗粒随着其含量的上升而发生团聚;而Al/Ni多层复合材料主要以Al为基体,Ni近似于平行分布其中。Al/Ni类含能结构材料细观结构存在不均匀特性,导致其在冲击压缩过程中产生局部高压和热点,而这一特性无法由基于材料初始颗粒形态建立的均匀化细观模型得到。     

季戊四醇丙烯醛树脂基浇注PBX炸药的老化性能

为了评估季戊四醇丙烯醛树脂-黑索今（RDX）基浇注高聚物黏结炸药（PBX）炸药的老化性能,参照MIL-STD-1751对试件开展了热加速老化试验。采用红外光谱,超景深显微镜以及扫描电镜等表征方法,研究了老化前后浇注PBX炸药试件的微观结构和老化机理。结果显示,季戊四醇丙烯醛树脂基浇注PBX炸药经65 ℃老化260 d仍表现出较好的质量和尺寸稳定性,变化率均低于0.25%,优于MIL-STD-1751评价标准（<1%）;该浇注PBX炸药除颜色变化外,试件表面和断面微细观结构无显著变化,且黑索今（RDX）颗粒和黏结剂界面结合较好,断面以穿晶断裂为主;随老化时间延长,该浇注PBX炸药拉伸和压缩力学性能均显著增强,经65 ℃老化60 d和150 d后压缩破坏强度分别增加了6.42 MPa和13.69 MPa,增幅达8.46%和18.05%,而PBX哑铃经老化90 d和180 d后拉伸破坏强度分别增加了0.78 MPa和1.13 MPa,增幅达6.34%和9.19%;基于原位红外测试方法,分析了力学性能增强的机制,认为季戊四醇丙烯醛树脂老化过程中的后固化行为是引起力学性能增强的主要原因。