超低温用碳纤维增强树脂基复合材料的性能研究

根据低温液氧贮箱的缠绕工艺与特殊使用环境要求,分别针对3种自制的环氧树脂体系进行系统的工艺特性与低温抗裂纹性能研究。在此基础上以T700纤维复合材料为研究对象,详细考察其在超低温和高低温循环条件下的力学性能稳定性,并对其液氧相容性进行测试。最终以小型碳纤维复合材料筒体进行综合性能验证。研究结果表明,SFC-3环氧树脂具有较好的缠绕工艺特性,且在超低温和高低温交变条件下具有优异的抗裂纹特性。T700/SFC-3环氧复合材料分别经过高低温交变和超低温处理后,拉伸性能保留率在92%以上,且该复合材料具有良好的液氧相容性。T700/SFC-3环氧树脂复合材料筒体具有极好的耐高低温稳定性和气密性。     

轻型超低温容器制造工艺的研究

未来航天飞机上的燃料容器将越来越趋向轻量化。近期日本将把CFRP(碳纤维增强塑料)作为燃料容器材料,取代现在的铝合金容器和不锈钢容器。本文就超低温容器的选形、制造工艺、CFRP粘接剂的选择和CFRP材料性能检测方法做了具体论述。     

超低温精密智能铂电阻温度变换器设计

以16位MSP430CPU为核心,通过可编程增益模数转换器AD7715的应用,实现涵盖超低温度在内的全量程温度测量。利用AD7715自带的校准功能,消除增益与零点的漂移和误差,设计出免于调试、可完全互换的铂电阻测试数字化、智能化平台。通过不同温度段温度--电阻函数,解决温度精确计算的难题。测试结果表明:智能铂电阻温度变换器可以与各不同温度段的铂电阻温度传感器匹配,通过简便的传感器校准特性输入设置,消除通用传感器特性造成的误差,获得更高的测试精度。     

超低温处理对T700碳纤维/环氧复合材料拉—压疲劳性能的影响

对T700碳纤维/环氧复合材料在超低温处理前后的拉—压疲劳性能进行了的研究。采用真空袋—热压罐成型工艺,制备了T700碳纤维/环氧复合材料单向板,在液氮中对试样进行超低温浸泡和超低温/室温循环处理,利用光学显微镜观测了试样在超低温处理过程中产生的微裂纹情况,并测试了超低温处理后试样的静强度和拉—压疲劳1000次、10000次及130000次后的剩余强度。对T700碳纤维/环氧复合材料超低温损伤机理进行了分析,并讨论了超低温处理和拉—压疲劳对复合材料剩余强度的影响。结果表明,超低温处理和拉—压疲劳处理都会使试样产生微裂纹,并引起试样内的残余应力释放和试样的剩余强度降低;经历不同的超低温处理之后,试样的剩余强度达到最高值时所对应的拉—压疲劳次数不同;随着超低温处理和拉—压疲劳的作用,试样的剩余强度会经历先升高—再降低的过程。     

超低温结构胶

本文介绍的NHJ-44胶系超低温结构胶,该胶采用新型尼龙配制,改善了胶液冻胶性能,提高了胶粘剂的耐湿热性,与其他结构胶相比,NHJ-44胶具有较高的粘接强度。其主要性能指标达到了美国联邦规范MMM-A-132AI类Ⅰ型胶标准。     

低温变形对2A14铝合金组织性能影响

提出了低温变形与热处理协同的2A14铝合金强韧化新方法,借助透射电镜、扫描电镜、金相显微镜、拉伸试验机等测试手段对比分析了室温和超低温变形工艺对2A14铝合金组织性能的影响。结果显示:与室温变形相比,超低温变形与热处理协同能够大幅提升合金综合力学性能。当超低温变形量达到20%,合金内部位错密度上升,第二相粒子尺寸更小,分布更为均匀,晶粒细化显著,合金综合力学性能达到最高,抗拉强度为474.5 MPa,屈服强度为426.5 MPa,延伸率为11.6%。     

低温液体火箭发动机高压静密封有限元分析

以某型号液体火箭发动机的推力室燃料阀出口法兰静密封结构为研究对象,针对法兰连接结构特点,运用有限元方法建立了管路-阀门-推力室模型,通过热-结构耦合计算分析表明:在温度和压力的共同作用下,推力室燃料阀出口法兰变形导致密封面微小分离,造成垫片局部压紧应力大幅减小,可能引起推进剂泄漏并起火。在通过上述分析定位泄漏原因并预测泄漏率之后,又建立了参数化的螺栓-法兰-垫片密封性分析局部模型,基于柔性石墨垫片的基本性能试验数据,计算分析了垫片厚度、螺栓预紧力等结构因素对静密封性能的影响,理论上验证了增加预紧力,增厚密封垫片等密封改进措施的有效性。     

超低温加工技术的研究现状及发展趋势

航空航天等重点领域的难加工材料对加工工艺方法提出了挑战。本着"一代材料,一代工艺"的原则,先进加工工艺方法被广泛探索。超低温加工具有常规加工方法不可比拟的优势,包括少/无环境污染、健康危害小、零件表面完整性好、加工效率高、刀具寿命长、综合加工成本低等,适于难加工材料的加工。本文简述了超低温冷却加工技术的原理与实施方法,详细介绍了难加工金属、纤维增强复合材料、高分子聚合物、工程陶瓷等典型材料的超低温加工研究进展。同时,还介绍了国内外主要研发机构的超低温装备研制和应用现状。最后,对超低温加工技术进行了总结,并给出了技术发展趋势。     

运载火箭用典型低温密封材料

主要介绍了液氢液氧条件下的几种典型密封材料,如橡胶材料、塑料材料和金属材料等,及其在长征系列运载火箭上的应用情况.     

超低温对T700碳纤维/环氧复合材料弯曲性能的影响

研究正交铺层的碳纤维增强环氧树脂基复合材料（CFRP）在超低温的环境下的弯曲性能和损伤破坏形式。对复合材料试样进行不同时间的液氧浸泡处理和不同次数的常温/液氧温度热循环处理来模拟液氧燃料贮箱使用工况,通过配有超低温试验装置的力学试验机研究CFRP在不同超低温条件处理前后的低温弯曲强度和弯曲模量的变化规律;采用扫描电子显微镜（SEM）对破坏前后试样的微观形貌进行分析。结果表明,经过液氧浸泡及常温/液氧温度热循环处理的CFRP的超低温弯曲强度和模量变化趋势基本一致,均随时间和循环次数的增加先下降后上升,这种变化规律与其超低温环境下材料的微观结构变化密切相关。结合CFRP破坏前后的宏观和微观结构特性以及微裂纹的扩展规律,揭示了正交铺层CFRP超低温弯曲性能变化的 机理。