2016年36卷4期

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2016-04-目录
2016, 36(4): 0-0.
[摘要](153) [PDF 873KB](3)
摘要:
论文
对流作用下Al-4.7%Cu合金枝晶生长的形貌特征和成分分布的数值模拟
周靖超, 李日, 杨莹莹, 赵朝阳
2016, 36(4): 1-9. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.4.001
[摘要](107) [HTML全文] (22) [PDF 13007KB](0)
摘要:
建立了用于模拟Al-4.7%Cu(质量分数)单相固溶体合金凝固过程温度场、流场、溶质场以及微观组织模拟的元胞自动机-格子玻尔兹曼方法(CA-LBM)数值模型,分析对流作用下枝晶生长的形貌与成分变化。模型处理溶质场计算中固液(S/L)界面处溶质的分配过程,使浓度场的变化和实际的传输过程更加相符。计算结果表明,与不计入流动过程的纯扩散型合金凝固过程相比较,对流对合金枝晶形貌的影响显著,呈现非对称生长形貌。在强制对流条件下,枝晶晶粒大小呈均匀化趋势,枝晶间的局部区域的成分更加均匀,在整体凝固区域内的成分呈现出上游到下游的一定的梯度化趋势。
固溶处理定向凝固高温合金DZ8的组织与力学性能
张帅奇, 宗毳, 陈升平, 赵文侠, 张宏炜, 张强, 谭永宁
2016, 36(4): 10-15. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.4.002
[摘要](80) [HTML全文] (20) [PDF 11040KB](0)
摘要:
观察了1260 ℃与1240 ℃固溶温度热处理后DZ8合金的显微组织,比较了两者的拉伸与持久性能。结果表明:采用1260 ℃固溶温度热处理,DZ8合金存在少于1%的γ+γ'共晶相,但富Hf相发生初熔;采用1240 ℃固溶温度热处理,合金未发现初熔但仍存在12%左右的γ+γ'共晶相。DZ8合金分别采用1260 ℃与1240 ℃固溶温度热处理后,室温、700 ℃与980 ℃拉伸性能以及980℃/205 MPa持久性能相当,但采用1260 ℃固溶温度热处理的D28合金其760 ℃/725 MPa持久性能较采用1240 ℃固溶温度热处理的有所下降。
电化学辅助沉积KH-570硅烷对AZ31B镁合金耐蚀性能的影响
金晶, 李旋, 储成林, 郭超, 白晶, 薛烽, 林萍华
2016, 36(4): 16-23. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.4.003
[摘要](96) [HTML全文] (33) [PDF 5881KB](1)
摘要:
采用电化学辅助沉积方法对AZ31B镁合金进行硅烷化处理,借助于动电位极化曲线和电化学阻抗谱等电化学测试手段研究了γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH-570)添加量对膜层质量及耐蚀性能的影响,并比较了利用羟基磷灰石(HA)颗粒、铈盐离子(Ce3+)两种改性物质改良硅烷溶液后所制得膜层的质量及耐蚀性能。结果表明:AZ31B镁合金经电化学辅助沉积硅烷处理后,表面生成一层均匀而致密的硅烷透明膜层,有效地减缓了镁合金的腐蚀行为,促使其自腐蚀电流密度大大降低;在硅烷电化学辅助沉积处理过程中,KH-570存在最佳添加量,当其添加体积约为8 mL时所制备出的硅烷膜层质量最好、耐蚀性能最佳;通过改良硅烷溶液,电化学辅助沉积制备的硅烷膜层质量进一步提高,Ce3+改良效果更佳。
W-Re合金构件气氛保护等离子喷涂成形技术
王跃明, 陈梦华, 李月, 唐科文, 丁旺旺, 熊翔, 时启龙, 解路, 徐玄
2016, 36(4): 24-34. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.4.004
[摘要](143) [HTML全文] (21) [PDF 25508KB](0)
摘要:
采用包覆法制备W-5%(质量分数)Re复合粉末,采用气氛保护等离子喷涂成形技术制备某实验型固体火箭发动机喷管(Solid Rocket Motor,SRM),研究2300 ℃真空烧结时喷管致密度﹑组织结构及显微硬度﹑抗拉强度、压缩强度等性能随烧结时间的变化规律。研究表明:喷涂成形件为典型的柱状晶层片结构,粒子层片结合部位存在较多孔隙及微观缝隙,成形件致密度为87.5%,其显微硬度﹑抗拉强度、压缩强度分别为321.8 HV0.025,57.9 MPa及390.2 MPa。随着真空烧结时间由2 h延长至6 h及8 h,W-Re合金逐渐由定向凝固柱状晶层片结构转化为颗粒状结构,致密度及力学性能均随之提高。其中经8 h烧结处理后,W-Re合金致密度、显微硬度、抗拉强度、压缩强度及屈服强度分别增加至98.6%,529.7 HV0.025,384.7 MPa,1466.5 MPa及879.6 MPa。由于Re元素可提高W-Re合金的再结晶温度,有效细化晶粒,显著提高合金的程度及塑性,等离子喷涂成形W-Re合金经真空烧结后可观察到明显的Re效应。
钛合金电子束焊接表面残余应力的测试和有限元分析
刘晓佳, 林健, 雷永平, 吴中伟, 刘昕, 付鹏飞
2016, 36(4): 35-40. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.4.005
[摘要](147) [HTML全文] (24) [PDF 1049KB](0)
摘要:
采用多束电子束流焊接Ti60钛合金,并利用小孔法和有限元分析方法分别测试和模拟焊后残余应力值。对焊前预热、焊后缓冷和焊前预热+焊后缓冷三种焊接工艺下的残余应力值进行比较,研究残余应力的分布规律。研究结果表明,在垂直焊缝截面上,纵向残余应力σx的模拟结果与测试结果在变化趋势上基本一致。在平行焊缝截面上,实测与模拟纵向残余应力σx的分布规律相似。证明了有限元模型的合理性和可靠性。采用预热+焊接的焊接工艺对残余应力影响不大,采用焊接+缓冷的焊接工艺可以改变残余应力的分布。
一种多层胶板雷达吸波材料
何山, 李业华, 周淳
2016, 36(4): 41-46. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.4.006
[摘要](117) [HTML全文] (25) [PDF 1552KB](4)
摘要:
依据阻抗匹配原理,设计了具有"陷阱"结构的多层吸波材料。通过方案优化,设计出五层结构的吸波材料,该材料在2~18 GHz频段内具有双吸收峰的宽带吸收特性。改变第五层的厚度,可以调整高频吸收峰的位置,而对低频吸收峰影响不大。应用阻抗圆图,直观显示了三种设计方案的阻抗变换情况。研制的JB-5多层吸波材料,在6~17 GHz频段内,反射率≤-12 dB,材料厚度小于5.0 mm,并有良好的耐环境性能。该吸波材料可在实验室制作,根据需要裁剪成一定形状,用专用黏结剂粘贴在目标体表面,能有效降低目标对雷达波的反射。
复合材料加筋壁板结构件VARI液体成型工艺计算模拟
肖飞, 原崇新, 丛晶洁
2016, 36(4): 47-54. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.4.007
[摘要](135) [HTML全文] (34) [PDF 6022KB](5)
摘要:
通过注模模拟软件PAM-RTM可以预测复合材料液体成型工艺中树脂的流动时间和模拟树脂的流动形式。渗透率是成型工艺模拟中重要的参数,面内和面外渗透率通常采用复杂且昂贵的封闭模具来测试,本工作自建了一套结构简单、操作方便且成本低廉的模具,使用真空辅助树脂灌注(VARI)工艺可获得准确的面内和面外渗透率参数。采用一种简单的等效建模方法,通过分层建模方法建立了有限元模型。将渗透率参数输入模拟注模软件PAM-RTM中,将使用等效建模方法所得模拟计算结果与实验液体成型结果进行了比较。计算模拟树脂充模时间为254 s,比实验工艺树脂充模时间(301 s)短。在使用等效建模方法的流道布局基础上,制备了加筋壁板结构件,对所选方案进行了工艺验证。
先进复合材料薄壁加筋板轴压屈曲特性及后屈曲承载性能
张浩宇, 何宇廷, 冯宇, 谭翔飞, 郑洁
2016, 36(4): 55-63. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.4.008
[摘要](136) [HTML全文] (24) [PDF 13742KB](0)
摘要:
对国产先进复合材料薄壁加筋板结构进行了轴向压缩试验。通过监测典型位置的应变和离面位移,研究了该型加筋板的轴压屈曲及后屈曲性能。应用工程算法对试验件的蒙皮初始屈曲载荷和屈曲模态进行了预测,试验结果表明,该型加筋板的轴压屈曲形式依次是筋条间蒙皮的初始屈曲、部分蒙皮的二次屈曲以及4根筋条的柱屈曲;蒙皮发生屈曲后,蒙皮承担的部分载荷转移至筋条,使筋条成为主要承力部分,当筋条发生断裂后,试验件迅速整体破坏;其破坏载荷平均值为482.67 kN,屈曲载荷的平均值为204 kN,前者为后者的2.37倍,说明该型结构具有很大的后屈曲承载空间。
MB8变形镁合金超声疲劳试样解析设计
邓海鹏, 何柏林
2016, 36(4): 64-70. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.4.009
[摘要](80) [HTML全文] (30) [PDF 782KB](1)
摘要:
对MB8变形镁合金超声疲劳试样进行设计计算。为了减小试样振幅,使试样产生较少的热量,减轻冷却系统压力的同时防止试样产生相变等组织变化,将试样设计成变截面形状。根据试样振动位移方程、边界条件和位移连续条件推导出试样谐振长度与其他尺寸的关系,计算出一系列超声疲劳试样的尺寸。结果表明:变截面圆柱和板状试样随着圆弧过渡段长度增大,谐振长度减小,圆弧过渡半径增大;对于无中间等截面段试样,位移应力系数Cs和应力放大系数M随着圆弧过渡段长度减小而减小;对于含有中间等截面段试样,位移应力系数Cs和应力放大系数M随着中间等截面段长度减小而减小。
铸造TiAl合金疲劳寿命统计分布
万文娟, 韩波, 韩伟, 张继
2016, 36(4): 71-77. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.4.010
[摘要](71) [HTML全文] (23) [PDF 9480KB](0)
摘要:
对铸造Ti-47.5Al-2.5V-1.0Cr-0.2Zr(原子分数/%)合金层片组织进行了疲劳测试,获得了单一应力下的疲劳寿命数据,通过断口观察和数据统计处理,分析了疲劳寿命的分布特点及其控制因素。结果表明:实验合金的疲劳寿命具有显著波动,波动范围为103~106周;并集中分布在长、短两个寿命区间内。这一现象和导致疲劳试样失效的疲劳裂纹源的类型有关;其中,短寿命试样的疲劳裂纹起源于疏松孔洞,长寿命试样的疲劳裂纹源为弥合界面和软取向层片界面。建立了三种裂纹源对疲劳寿命的影响的两参数威布尔分布模型,可进行对应于某一失效概率的疲劳寿命预测。三种疲劳裂纹源中,疏松孔洞对疲劳寿命不利影响的程度最为严重。
基于大变形蠕变分析的持久寿命预测方法
叶文明, 胡绪腾, 马晓健, 宋迎东
2016, 36(4): 78-83. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.4.011
[摘要](98) [HTML全文] (19) [PDF 1034KB](0)
摘要:
提出一种基于真应力真应变弹塑性蠕变本构模型和大变形有限元分析的高温构件持久寿命预测方法。该方法利用以真应力-真应变表示的材料高温拉伸应力-应变曲线建立材料的弹塑性模型,基于蠕变曲线建立蠕变本构模型,并采用大变形有限元方法计算高温构件在给定载荷下的变形响应曲线,根据其响应曲线的变化趋势来确定构件持久寿命。通过TC11钛合金缺口试件500 ℃下的持久试验对上述方法进行验证,并与三种基于小变形分析的持久寿命预测方法进行对比。结果表明:本工作提出的方法可以较准确地预测TC11缺口试件的高温蠕变响应和持久寿命,其预测精度优于基于关键点断裂应变、缺口净截面平均有效应力以及骨点应力的小变形有限元分析的寿命预测方法。
二氧化硅过渡层表面开口孔面积对层合玻璃力学性能影响
冯志军, 李喜宝, 卢金山, 王旭峰, 钟健, 武诗尧, 朱俊豪
2016, 36(4): 84-88. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.4.012
[摘要](78) [HTML全文] (18) [PDF 3954KB](0)
摘要:
研究二氧化硅过渡层表面开口孔的大小对航空层合玻璃力学性能的影响。利用扫描电镜测试分析多孔二氧化硅过渡层的表面开口孔形貌,利用万能试验机测试含多孔二氧化硅过渡层的层合玻璃中无机玻璃/聚氨酯界面的剪切强度。以实验获得的开口孔形状为依据,以ANSYS软件建立含多孔二氧化硅过渡层的层合玻璃有限元实体模型,模拟获得不同孔面积条件下的多孔二氧化硅/聚氨酯界面的张应力。结果表明:随着多孔二氧化硅孔面积的增加,层合玻璃中无机玻璃/聚氨酯界面的剪切强度先迅速增大后缓慢降低;当单孔面积为52.61 μm2时,制备的层合玻璃有较好的力学性能。
3D打印材料应用和研究现状
王延庆, 沈竞兴, 吴海全
2016, 36(4): 89-98. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.4.013
[摘要](275) [HTML全文] (82) [PDF 705KB](14)
摘要:
综述了3D打印领域内六种典型3D打印工艺各自所用的3D打印材料,从物理形态上主要包含液态光敏树脂材料、薄材(纸张、塑料膜)、低熔点丝材和粉末材料四种;从成分上则几乎涵盖了目前生产生活中的各类材料包括塑料、树脂、蜡等高分子材料,金属和合金材料,陶瓷材料等。立体光刻(Stereo Lithigraphy Apparatus,SLA)工艺的材料为感光性的液态树脂,即光敏树脂;叠层实体制造(Laminated Object Manufacturing,LOM)工艺的材料为纸张、塑料膜等薄材;熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)工艺的材料主要为便于熔融的低熔点丝状材料,主要为蜡丝、聚烯烃树脂丝、聚酰胺丝、ABS塑料丝等高分子材料;选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS)的材料是各类粉末,包括尼龙粉、覆裹尼龙的玻璃粉、聚碳酸脂粉、聚酰胺粉、蜡粉、金属粉(打印后常须进行再烧结及渗铜处理)、覆蜡陶瓷粉、覆蜡金属粉以及覆裹热凝树脂细沙等;选择性激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)工艺使用与SLS一样的粉末材料,不仅具有SLS优点,而且成型件致密度更高,力学性能更好;三维打印与胶粘(Three Dimensional Printing and Gluing,3DP)工艺的材料同样为粉末材料,但这些粉末是通过喷头喷涂黏结剂被黏结在一起,同时将零件的截面"印刷"在材料粉末上面,类似于纸张彩色打印,可通过设置三原色黏结剂及喷头系统,实现彩色立体打印。对3D打印材料质量和产量的发展方向也进行了分析和展望。
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