SiCp/Al复合材料制动盘的温度场仿真分析

基于ABAQUS有限元仿真软件建立制动盘摩擦副的三维模型,研究在紧急制动时不同工况下两种高体积分数SiCp/Al复合材料制动盘温度场的分布特点和变化规律,并与铸铁制动盘和锻钢制动盘的计算结果分析;将仿真与文献试验结果对比,验证仿真模型建立的准确性。结果表明:同种工况下,与铸铁和锻钢材料制动盘相比,SiCp/Al复合材料制动盘整体温度较低,温度场分布更均匀,有利于减少制动盘上热裂纹的萌生和扩展,提高制动盘的抗热衰退性。仿真结果与文献试验结果总体趋势一致,证明仿真模型可行。     

卡簧约束对多片离合器温度场的影响分析

为分析卡簧约束对多片离合器接触应力分布的影响,运用Abaqus仿真软件建立了多片离合器三维有限元模型。通过数值模拟,得到了多片离合器摩擦表面的接触应力分布规律和多片离合器的温度场分布。仿真和试验结果表明：卡簧约束导致了摩擦副接触应力沿径向分布不均匀,越靠近卡簧,摩擦元件的外径接触应力越大,径向应力差异越大;越远离卡簧,径向应力分布差异趋于平缓,并逐渐接近活塞压力;卡簧轴向约束导致了摩擦元件的径向温差加大,外径温升快,内径温升慢,并且轴向不同位置摩擦元件的温度场分布不一致,近卡簧侧的摩擦元件更易发生热翘曲;离合器低速长时滑摩试验验证了该温度场模型的正确性,所建模型能够切实有效地反映离合器的实际温升特性。     

非对称等离子体弧温度场三维重建

等离子体加工技术在处理各类难加工材料的成形与制备方面备受关注,其温度特性是影响加工质量的决定性因素。针对现有温度特性研究大多在弧径向对称的假设前提下完成的问题,提出了一种基于灰度值的非对称等离子体弧温度场三维重建方法。基于灰度值对非对称等离子体弧形貌进行三维重构,重构结果与温度场的定性分布存在对应关系;利用自行设计的黑体炉对比色测温公式进行参数标定,通过比色测温原理得到等离子体弧图像中灰度值与温度的对应关系;将计算得到的温度值代入形貌模型,完成等离子体弧温度场的三维重建。研究结果描述了等离子体弧温度的分布情况,实现对非对称等离子体弧温度场的非接触测量,可为等离子体加工技术的温度控制提供指导。     

轴编炭/炭复合材料组分材料的微细观热结构特性分析

为研究轴编炭/炭（C/C）复合材料组分材料的微细观热结构特性,开展了复合材料和组分材料纤维束的微细观形貌表征实验。推导立方体单胞和正六棱柱单胞温度周期性边界条件的表达式,建立了组分材料纤维束的代表性体积单元（RVE）计算模型;以均匀化理论和周期性边界条件为基础,在各向同性材料计算模型上验证了所提预测等效热结构参数方法的正确性;研究轴编C/C复合材料纤维束不同类型RVE模型的热结构特性,与实验数据进行了对比分析。结果表明：利用扫描电镜可以得到轴编C/C复合材料和组分材料纤维束的微细观形貌特征,纤维单丝在纤维束内是随机任意分布的状态;通过提出的预测等效热结构参数方法分析了纤维束不同RVE模型的计算精度,该方法也同样适合于其他复合材料等效热结构性能的计算;纤维束RVE模型等效热结构参数在横向满足各向同性的性质。     

高速飞行器空气舵前缘三维烧蚀/温度耦合分析研究

为了准确预测空气舵前缘三维烧蚀/温度场,针对通用有限元软件采用自编热流加载和烧蚀移动边界用户子程序方法,仿真分析了空气舵前缘局部模型的三维烧蚀/温度场,给出了空气舵前缘烧蚀外形、烧蚀量和三维温度分布,并与试验结果进行了对比,结果表明:理论计算的烧蚀量和表面温度与实测值的偏差均小于10％,证明方法正确可行.     

弹丸侵彻装甲钢板温度场数值模拟研究

为研究弹丸的强度和耐热性能,以弹丸为研究对象,对弹丸侵彻装甲钢板过程中速度与温度场之间的关系进行数值模拟。采用ANSYS/LS-DYNA软件建立弹靶几何模型、划分网格、加载、求解,并用Ls-prepost后处理软件对仿真结果进行分析,得出弹丸温度场变化云图及在不同侵彻速度下,温度升高较大节点的加速度、温度曲线。仿真结果表明:在弹丸侵彻速度为1 200 m/s条件下,弹内节点温度达到465~473 K,接近于炸药熔点473 K。研究结果为弹内装药及电子器件的影响提供试验数据。     

C/BAS复合材料的制备及性能

采用热压工艺合成了单相和复相 C/BAS复合材料。研究了 C/BAS复合材料的氧化行为。结果表明 ,单相 C/BAS复合材料比复相 C/BAS致密 ,这不仅导致单相复合材料的力学性能比复相的高 ,而且导致单相复合材料中纤维的氧化程度不如复相复合材料中的严重。C/BAS复合材料的显微结构由纤维层和非纤维层组成 ,纤维层中基体的致密程度比非纤维层中的低 ,氧化性气体对纤维的氧化是沿着纤维层宽度方向进行的。     

树脂基玻纤增强复合材料板抗贯穿特性的工程分析方法

提出了横观各向同性纤维增强复合材料层压板抗贯穿的一维理论分析简化模型，得到了纤维增强复合材料层压板沿厚度方向的压缩屈服强度、材料参数Ｋ和α、冲击速度、弹径等因素对贯穿性能的影响．理论计算值与实验测量值的相对误差小于１５％．     

3DC/SiC复合材料在燃气中的氧化行为

研究了 3DC/SiC复合材料在高温燃气环境中氧化 9h后的力学性能 ,重点研究了燃气中不同温度对C/SiC复合材料力学性能的影响。将长条形C/SiC试样置于发动机喷管出口处的燃气火焰中进行氧化 ,距离燃气中心较近区域的温度高达 12 5 0℃ ,而火焰边缘的温度在 80 0～ 10 0 0℃范围内。氧化 9h后 ,在火焰边缘的C/SiC试样的抗弯强度和断裂功大幅度降低 ;而靠近火焰中心的部分表现出较高的力学性能。C/SiC复合材料在燃气火焰不同区域中的不同力学性能是同氧化温度对SiC基体微裂纹的影响导致的。     

氩/氢等离子射流特性研究

为了研究等离子体射流场的特性,通过测量等离子体发生器的工作参数,并根据能量守恒原理,计算出等离子体发生器出口射流的平均焓值、平均温度及其分布;由于等离子体发生器出口处射流温度高达104K以上,其特性参数的直接测量非常困难;试验中分别改变等离子系统的电流大小、主气和次气流量,观察等离子射流的参数变化,并对碳/碳复合材料进行烧蚀实验;结果表明:在等离子体发生器的出口处,射流温度呈抛物线分布;随着电弧电流的增大,等离子体发生器射流的焓值、温度和速度都显著提高;增加主气气体流量,射流焓值与温度呈下降趋势,而增加氢气流量时,射流焓值与温度将会得到显著提高。随着温度和焓值的升高,碳/碳复合材料的烧蚀率增大,烧蚀形貌有很大的变化。     

钨丝增强锆基非晶合金复合材料动态变形特征研究

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,对体积分数为60%和80%的钨丝增强锆基非晶合金复合材料进行了动态压缩实验,采用 X 射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了复合材料的原始组织以及动态变形特征和断口形貌。结果表明:在动态压缩载荷作用下,W 丝/Zr 基非晶复合材料没有明显的屈服现象即发生断裂;试样的动态压缩强度随着钨丝体积分数的增加而增加,体现了钨丝增强体对复合材料显著的强化作用;试样发生剪切断裂和纵向劈裂,在变形过程中钨丝发生劈裂并有屈曲失稳和翘起,非晶基体表现为软化后的脉状花样和脊状形貌,钨丝体积分数的不同,复合材料呈现出不同的断口特征。     

浸渗法制备SiCf/SiO2复合材料的力学性能研究

使用硅溶胶浸渍沉积和未沉积碳界面层的碳化硅纤维2.5D编织体,制备了SiCf/SiO2复合材料。抗弯测试结果显示,随着处理温度的升高,基体缓慢释放出的结合水对纤维造成氧化损伤,使试样的抗弯强度均下降,但始终表现出非脆性断裂行为,这主要是由于基体与纤维的热膨胀系数差别较大,使得基体与纤维之间未形成强结合。另外,由于碳界面层对纤维的保护使得纤维免遭氧化损伤,沉积过碳界面层的试样在各温度处理后的抗弯强度均高于未沉积过碳界面层的试样。     

超高分子量聚乙烯纤维及其复合材料的热氧老化行为

通过傅里叶变换红外光谱仪、差示量热扫描仪、动态热机械分析仪、万能强力试验机及扫描电镜测试手段探究超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维及UHMWPE纤维/氢化苯乙烯-丁二稀-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）复合材料的热氧老化机理,系统分析老化温度对UHMWPE纤维及其复合材料的结构和热性能、界面性能、机械强度和防弹性能的影响。研究结果表明：老化后的UHMWPE纤 维机械性能与热氧老化温度密切相关,经高温热氧老化后拉伸强度显著下降,但纤维结晶结构基本不变;UHMWPE纤维/SEBS复合材料在70 ℃和90 ℃热氧老化336 h后纤维与树脂界面已发生破坏;在90 ℃热氧老化672 h后,UHMWPE复合材料弯曲强度和弯曲模量分别下降了28%和49%;然而,在50 ℃、70 ℃及90 ℃下热氧老化1 344 h后,UHMWPE复合材料防1.1 g标准模拟破片的弹道极限速度v₅₀保持率均高于95%。     

碳纤维含量对银-二硫化钼-石墨复合材料强度的影响

用粉末冶金法制备了碳纤维含量不同的碳纤维 /银 -二硫化钼 -石墨复合材料 ,测量它们的硬度和抗弯强度 ,并用扫描电镜观察分析了它们的显微组织和断口形貌。结果表明 :加入镀铜短碳纤维对基体起到了增强作用 ,并且随碳纤维含量的增加 ,碳纤维 /银 -二硫化钼 -石墨复合材料硬度和抗弯强度明显提高。     

微热量热法测定纤维及树脂基复合材料的比热容

为研究利用微热量热法测定纤维及树脂基复合材料的比热容,用焦耳效应建立微热量热仪的灵敏度曲线,在该仪器上测定了30～150 ℃标准品α-氧化铝的比热容,在此温度范围内α-氧化 铝比热测量值与文献值的最大相对偏差为2.41%,该方法具有较高的测量精度。利用微热量热仪测定了碳纤维及3种树脂基复合材料的连续比热容数据,并对测试结果进行了分析。结果表明：微热量热仪能准确快捷的测定纤维及复合材料的连续比热数据,纤维及复合材料比热容随温度有规律的变化。     

提高短切碳纤维对陶瓷基复合材料TiC-TiB_2强韧化的研究

对采用SHS/PHIP技术制备的Cf/TiC-TiB2陶瓷基复合材料中存在短切碳纤维损伤严重,补强增韧效果不明显的原因进行分析研究。研究发现:在B4C+3Ti+Cf体系的SHS反应过程中,由于反应温度太高,使短切碳纤维表面的碳原子与钛粉之间发生化学反应,造成短切碳纤维表面的化学损伤,影响短切碳纤维的性能,进而影响其补强增韧的效果。在SHS反应过程中,防止或减少短切碳纤维化学损伤的主要途径就是添加稀释剂来降低反应温度。在B4C+3Ti+xCf TiC+2TiB2+xCf体系中,通过向反应物中添加稀释剂镍可以有效地防止或减少短切碳纤维的化学损伤,改善各相之间的接触状况,提高各相之间的界面强度,提高短切碳纤维补强增韧的效果。     

碳涂层对SiC纤维增强钛基复合材料界面显微结构及性能的影响

研究涂碳的SiC(C)/Ti-6Al-4V和无涂碳的SiC/Ti-6Al-4V材料的界面结构以及结合强度。结果表明:碳涂层阻止了径向纤维间的相互作用,该涂层界面反应物只是TiC,这些产物包含邻近碳涂层生成的细小晶粒和邻近金属基体生成的粗大晶粒;在无涂碳界面上,相邻纤维一侧产生的是TiC薄层,毗邻金属基体产生的是TiC和Ti5Si3晶粒组成的厚混合物,晶粒的大小从纤维到基体逐渐增大。涂炭和无涂碳复合材料的界面结合强度分别是(118.2±4.24),(230±6.28)MPa,证明碳涂层在纤维和基体之间提供了一个弱结合界面。涂碳纤维复合材料的界面结合发生在涂碳层和反应层之间,而无涂碳发生在纤维和反应层之间。     

铀-钛合金高温拉伸性能研究

测试了铸态高碳和低碳铀-钛合金从室温～800℃温度范围内的拉伸性能.结果表明:室温下低碳铀-钛合金的拉伸性能优于高碳铀-钛合金.随着温度升高,两种合金的强度下降;塑性在低于500℃时变化不大,高于500℃后随温度上升而增加.在700℃附近,高碳铀-钛合金的塑性明显降低,而低碳铀-钛合金的塑性增长减缓.这是由于在该温度下,合金中产生了β相.此外,高碳铀-钛合金中存在较多的碳化钛夹杂物,也是导致其晶间强度下降的一个因素.