功能梯度圆柱壳的热应力与热传导分析

金属基陶瓷功能梯度材料特性随着厚度的变化而连续变化,且陶瓷散热快,金属强度高,有望用于飞机尾喷口的设计。本工作以功能梯度圆柱壳为对象,研究热流密度、陶瓷体积分数指数和热环境等参数对功能梯度圆柱壳热应力和热传导的影响。首先,建立功能梯度材料的热物理特性模型,探索各参数对材料热物理特性的影响规律;其次,建立功能梯度圆柱壳的热应力模型,探究不同条件下功能梯度圆柱壳热应力变化规律;最后,由能量守恒定律推导出圆柱壳的热传导方程,讨论陶瓷体积分数指数和热流密度对热传导的影响。结果表明,热流密度一定时,应力随陶瓷体积分数指数增加平缓,圆柱壳的外侧应力大于内侧应力;任意截面的温度随热流密度的增加而升高,且热流密度越大温度上升越明显。     

弹塑性梯度材料热机耦合分析的有限元方法

陶瓷/金属功能梯度材料(FGMs)的组份及性能梯度分布,在航空航天高温热结构中有重要应用。材料性能在空间上的连续变化给这类结构强度设计的有限元分析造成了一定困难,针对上述问题,提出一种热弹塑性梯度有限元方法。该方法通过编写有限元软件ABAQUS的材料用户子程序(UMAT)来实现,在UMAT中将FGMs的弹塑性本构模型参数定义为空间坐标的函数;用热弹塑性梯度有限元方法对陶瓷-FGMs-金属典型的三明治板结构进行热机械分析。结果表明:FGMs组分布函数对其热应力分布有很大的影响,特别是在三明治结构的界面上,影响更为突出,这和现有文献的实验结果相符。     

杜善义院士访谈

1.同传统材料相比,复合材料具有哪些优势?杜院士:我是搞复合材料研究的,但我最早是搞力学研究的,后来为什么又做复合材料和力学的结合研究呢,情况是这样的。传统材料分为3大类:金属材料、无机的非金属材料(如陶瓷)和有机材料(如高分子材料)。当然材料还有其他分类方式,如可以分成结构材料和功能材料,或者电子材料、信息材料和生物材料等,总的来讲,都可以归属为上述3大类材料。在这3大类材料中,有的是自然界天然存在的,如沙子、石头就是1种天然的无机材料,矿石中含有金属等;也有人工进一步加工的材料,加工的目的是提高材料的纯度、质量和性能…     

ZrO2梯度涂层热震的有限元分析

随着功能梯度材料概念的提出,功能梯度隔热涂层也随之问世,它是超高温材料发展的一个重要方向。功能梯度隔热涂层是把金属-陶瓷功能材料制备到基体上形成隔热涂层,是满足金属工程部件在高温环境中正常工作的一种表面技术。其主要功能是阻止高温、高热量燃气的入侵,提高基体金属部件的使用温度和使用寿命。有关资料表明,250μm厚的ZrO_2功能梯度隔热涂层     

国外航天器防热系统和材料的应用研究现状

本文介绍近期各国新型航天运输系统包括重复使用航天飞船、航天飞机和空天飞机的防热系统布局、结构和材料选用与研究进展状况，涉及各种复合材料热结构、陶瓷或复合材料防热结构、金属防热结构的设计、材料性能和工艺，并进行简要的综合分析。     

热环境中非保守简支-固支FGM梁的非线性力学行为

研究均匀和非均匀升温场中功能梯度材料(functionally graded material,FGM)梁在切线随动分布载荷作用下的非线性力学行为。基于可伸长梁的几何非线性理论,建立热环境中功能梯度材料梁在切线随动分布载荷作用下的控制微分方程。采用打靶法分析由陶瓷二氧化锆和金属钛合金两相材料组成的FGM梁的非线性力学行为。给出均匀升温和非均匀升温环境下,FGM梁在切线随动分布载荷作用下的平衡路径和平衡构形。讨论均匀和非均匀升温、材料梯度性质参数对梁屈曲和过屈曲行为的影响。结果表明:热环境中,FGM梁发生弯曲而纯陶瓷梁会发生屈曲行为;非均匀升温对非保守梁的力学行为有较大影响。     

EBPVD 金属/陶瓷微层复合材料的研究与应用

介绍了电子束物理气相沉积(EBPVD)法制备微层复合材料的优点，详述了其四种不同材料体系的设计思想，同时对制备金属／陶瓷微层复合材料的具体气相沉积技术进行了介绍。     

先进材料在战斗机发动机上的应用与研究趋势

美国、英国等国家特别重视战斗机发动机材料的发展,通过制订和实施一系列先进材料研究计划,开发和验证轻质高强度材料,为发动机研制提供技术保障.综述各国现役、在研和预研战斗机发动机的材料应用情况,总结树脂基复合材料、钛基复合材料、钛铝金属间化合物、单晶高温合金、粉末高温合金、陶瓷基复合材料、陶瓷热障涂层等材料及其工艺应用趋势.先进材料研究的发展趋势:①向低密度高强度发展,以减轻质量;②向高强度与高耐温能力发展,以提高涡轮进口温度;③向一体化(材料、工艺与结构设计)发展,以实现材料特性与结构的最优组合.     

国外复合材料及其检测技术的发展

1988年12月航空航天部技术考察团去美国访问了三个大学、二个公司和NASA的一个研究中心.本文重点介绍所考察的单位在复合材料方面的研究动态及超声无损探伤技术的发展新动向.一、复合材料研究动态1.新颖复合材料的研究当前美国的学校与科研单位研究重点是金属基和陶瓷基复合材料.德拉华大学复合材料试验室是国家材料研究试验中心,从78年开始研究金属基复合材料,如Al+SiC晶须,Mg+C纤维等材料.普度大学宇航学院为空军研究了钛基C纤维复合材料及铝合金中间夹Kev.纤维层压板的结构材料.NASA Langley 研究中心展示了硼铝与钛用扩散焊连接的蜂窝结结构.陶瓷     

航天新型高性能材料的研究进展

文摘综合介绍了国外航天新型高性能轻质金属合金、复合材料、特种功能材料、石墨烯材料和超材料的研究与应用现状,重点介绍了我国航天新型高性能材料的研究成果,并提出了航天新型高性能材料的发展趋势。     

国外特种陶瓷研究与开发的重点

1．特种陶瓷基础技术的研究，例如烧结机理。检测技术和粉末制备技术等；2．超导陶瓷的研究；3．特种陶瓷的薄膜化或非晶化是提高陶瓷功能的有效方法，因而许多国家都把它作为一项主要内容而加以研究；4．陶瓷的纤维化是研制隔热材料、复合增强材料等的重要基础．国外尤其是日本对陶瓷纤维及品须增强金属复合材料的研究极为重视，开展得极为广泛．目前，国外对陶瓷纤维和晶须及其复合材料的研究主要集中于碳化硅及氮化硅，5．多孔陶瓷由于具有特殊的结构，因此引起了各界的重视；6．陶瓷与陶瓷或陶瓷与其它材料复合（陶瓷纤维增强陶瓷，陶瓷…     

金属梯度多孔夹芯板振动特性分析

金属梯度多孔材料芯层的胞孔壁厚度及半径沿芯层厚度方向逐渐变化,使得芯层的材料参数如密度和弹性模量等逐渐变化;采用金属梯度多孔材料代替传统均质多孔芯层会影响夹芯板的振动特性。基于高阶夹芯板理论且考虑梯度多孔芯层密度和弹性模量的耦合影响,建立了复合材料面层-金属梯度多孔夹芯板的振动方程。分析了3种密度的梯度芯层:单向分布、正梯度对称分布和负梯度对称分布对夹芯板固有频率的影响;最后讨论了3种梯度夹芯板在相同三角脉冲载荷作用下的振动响应。计算结果表明梯度芯层密度对称分布的夹芯板固有频率大于单向分布的夹芯板固有频率。     

新型航天结构材料的发展

本文概要介绍了国外航天结构材料近期研究情况,并就聚合物和聚合物复合材料、常用高级轻合金、快速固化合金、金属基复合材料、层压材料、陶瓷复合材料等进行了阐述,从而给今后的研究和应用指出了方向。     

FGM板三维层合模型及热-噪声载荷下的动态响应研究

 为了有效地分析热-噪声联合载荷作用下的飞行器功能梯度壁板结构的非线性动态响应,提出了运用复合材料多层壳单元建立功能梯度材料(FGM)板的层合有限元建模新方法,研究了FGM板在热曲屈前、后状态下复杂的非线性时域动态响应特性,并探讨了梯度指数、热曲屈系数及声压级(SPL)等参数对FGM板非线性动态跳变响应的影响规律。FGM板三维层合建模新方法避免了采用常规有限元法(FEM)建模时需要在厚度方向划分大量单元的缺点;求解FGM板非线性动态响应时采用的隐式积分方案避免了模态叠加法对参与模态选择的经验性要求及模态截断造成的信息丢失等缺陷。仿真结果表明:FGM板层合有限元建模新方法合理可行、过程简便、计算精度高;研究发现:陶瓷-金属FGM板在热屈曲后的抗声振性能并不像热屈曲前那样介于金属板和陶瓷板之间,而是表现最差;热屈曲系数及声压级的组合形式是导致FGM板发生非线性跳变响应的主要影响因素。     

梯度铝基复合材料层间结合强度研究

陶瓷梯度增强铝基复合材料是大功率发动机活塞理想增强材料。本文采用挤压铸造法制造出梯度复合材料,对其显微组织进行了观察;对梯度层间结合强度进行了测定。试验结果可为复合材料活塞的结构设计提供参考。     

氮化铝颗粒增强聚合物基板材料的制备及介电性能研究

采用氮化铝(AlN)颗粒作为增强材料,以环氧树脂(E-51)为聚合物基体,制备了陶瓷颗粒/聚合物复合电子封装与基板材料.对该复合材料的成型工艺、介电性能和导热性能进行了系统的研究.随着陶瓷颗粒增强材料含量的增加,复合材料的导热性能得到改善.在加入了陶瓷颗粒增加了复合材料导热性的同时,仍维持了聚合物材料低介电常数的优点.     

基底/功能梯度涂层结构的动态热应力分析及结构优化

研究了金属基底 /功能梯度涂层结构中的动态热应力;对功能梯度材料的梯度指数进行了优化;分析了可能的破坏模式。研究结果表明,加热速度对结构中的热应力分布有很大的影响,存在优化的梯度指数使得结构具有最大的热强度。     

功能梯度材料热传导的多尺度边界元分析

功能梯度材料是物理性能连续变化的非均匀复合材料,其结构特点消除了材料内部严重的热应力界面,在航空、航天及核反应堆等工程领域具有广阔的应用前景。针对功能梯度材料的稳态热传导问题,给出一种基于边界元模型的统计多尺度分析方法,并针对典型问题进行数值模拟。首先,在功能梯度材料微结构随机分布且体积分数随着位置变化的表征基础上,建立等效热传导系数的多尺度边界元分析模型;然后,给出统计意义下的数值计算方法;最后,研究颗粒随机分布功能梯度材料的热传导性能,并通过与实验结果对比对算法进行验证。结果表明:统计多尺度边界元方法对于预测功能梯度材料的热传导性能是有效的。     

梯度功能材料

综述了梯度功能材料（ＦＧＭ）的历史,研究现状和发展趋势,并就ＦＧＭ的材料设计、材料合成和性能评价三部分展开重点讨论。材料设计方面包括材料设计原则,方法以及相关计算;材料合成方面讨论了制造原理、方法、包括传统技术和新技术;性能评价方面讨论了热性能,机械性能的测试方法。     

耐高温复合材料的现状及展望

研究了耐高温复合材料,希望创立一类在高温条件下仍具有工作能力的新型材料。所研究的复合材料包括陶瓷一陶瓷、陶瓷一金属、金属一金属。本文综述了各种耐高温复合材料研究所获得的一般结果,评价了它们的现状,提出了今后发展方向的建议。