2017年37卷4期

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2017-04-目录
2017, 37(4): 0-0.
[摘要](38) [PDF 1389KB](0)
摘要:
论文
新型耐高温透明环烯烃共聚物的合成与性能
杨木泉, 张洪峰, 厉蕾, 颜悦
2017, 37(4): 1-6. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.000207
[摘要](91) [HTML全文] (36) [PDF 1969KB](1)
摘要:
利用一种大位阻的降冰片烯衍生物{外型-1,4,4a,9,9a,10-六氢-9,10(1',2')-桥苯亚基-1,4-桥亚甲基蒽(EHBMA)}与丙烯(PP)共聚,制备一种新型的耐高温透明环烯烃共聚物材料(COC)。拉伸实验、DSC和UV-Vis光谱分析结果表明:该材料的玻璃化转变温度达到220℃,透光率达到92%;改变共聚物中的EHBMA与PP共聚单体的比例,可以实现玻璃化转变温度在170~220℃范围内可调;与目前耐温性能最好的商品化COC产品TOPAS 6017相比,该材料的玻璃化温度(Tg)提高了将近40℃;同时,该COC材料兼具良好的力学性能。
玄碳混杂增强树脂基复合材料混杂比优化设计
徐虹, 卢岩, 张可, 刘栓, 王祥辉, 窦艳丽
2017, 37(4): 7-13. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000047
[摘要](90) [HTML全文] (23) [PDF 1696KB](1)
摘要:
对碳纤维-玄武岩纤维混杂增强树脂基复合材料最优混杂比范围进行研究。以碳纤维与玄武岩纤维平纹织物为增强体,制备9种具有不同混杂比的混杂纤维复合材料(Hybrid Fiber Reinforced Polymer,HFRP)试样,并进行拉伸实验。依据平纹织物结构特点,计算得出平纹织物单胞性能参数,在ANSYS中,以SHELL181壳单元体建立HFRP有限元模型。该模型对试样刚度的模拟值与实验值近似。分析模型受力时的应力云图发现,存在将HFRP破坏形式分为一次破坏与二次破坏的临界混杂比。有限元模拟研究树脂含量为45%时,不同混杂比的HFRP刚度、强度和拉伸极限应变。当混杂比为60%时,可保证HFRP强度无折减的情况下,较玄武岩复合材料(Basalt Fiber Reinforced Polymer,BFRP)刚度提高93.4%,较碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)拉伸极限应变提高11.3%。
真空加压钎焊FGH96/DD6接头的组织和性能
邹文江, 陈波, 程耀永, 毛唯, 熊华平
2017, 37(4): 14-18. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.000227
[摘要](144) [HTML全文] (82) [PDF 1576KB](2)
摘要:
采用Ni-Cr-B钎料分别在1120℃/10 min和1120℃/10 min/2 MPa的工艺下实现FGH96与DD6的钎焊连接。测试两种工艺下接头的抗拉强度,通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和电子探针(EPMA)分析接头的组织、成分和断口。结果表明:真空加压钎焊所得接头的室温平均抗拉强度达到1187 MPa,远高于真空钎焊接头621 MPa的强度;与不加压的真空钎焊相比,真空加压钎焊所得FGH96/DD6接头的钎缝中心没有平行于被焊面的晶界,而是单个晶粒贯穿整个钎缝,并与母材连接面发生韧性断裂;真空钎焊接头中存在Ni3B相,而真空加压钎焊钎缝中并没有残留的Ni3B相,主要由(Ni,Cr)固溶体组成。
铝合金搅拌摩擦焊后人工时效力学性能数值模拟
万震宇, 周霞, 张昭
2017, 37(4): 19-24. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.000003
[摘要](115) [HTML全文] (29) [PDF 2437KB](5)
摘要:
采用KWN模型构建搅拌摩擦焊接中Al-Mg-Si系铝合金沉淀相演化计算模型,通过将屈服强度分为晶粒大小、固溶相和析出相三部分贡献,可以计算平板搅拌摩擦焊后的屈服强度和硬度。进一步研究不同焊后人工时效条件下,焊接平板力学性能变化的机理。结果表明:更长的焊后保温时间有利于搅拌区力学性能的回复;较高的保温温度有利于搅拌区力学性能的快速回复,但是当温度高于200℃时,长时间保温会使母材软化,不利于力学性能回复;通过焊后人工时效不能明显改善热影响区的力学性能。
LC4铝合金服役环境下点蚀形貌特征及其演变规律
刘治国, 李旭东, 穆志韬
2017, 37(4): 25-32. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.000229
[摘要](114) [HTML全文] (29) [PDF 3393KB](3)
摘要:
为获取飞机LC4铝合金在服役环境下典型点蚀形貌特征,采用模拟服役环境的加速腐蚀实验环境谱对材料试件进行加速腐蚀实验,定义3个参数蚀坑深度H、蚀坑表面长度L、蚀坑表面宽度W为表征蚀坑形貌特征参量,跟踪测量典型蚀坑不同腐蚀年限下此3个特征参量数值,获取典型蚀坑形貌特征参量数据检测结果。在此基础上,对检测结果分别采用统计分析和分形理论方法进行数据分析,获取LC4铝合金同一腐蚀年限下和不同腐蚀年限下典型点蚀蚀坑的形貌特征及其演变规律。结果表明:同一腐蚀年限下,点蚀蚀坑形貌特征参量符合对数正态分布;随着腐蚀年限的增加,点蚀蚀坑形貌特征参量逐渐体现出明显的分形特征,蚀坑形貌逐渐趋向坑深度较浅、坑表面长度较长、坑表面宽适中的特征。
航空用铝合金在酸性盐雾环境中腐蚀电化学
杜娟, 张艺莹, 陈翘楚, 田辉
2017, 37(4): 33-38. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.000129
[摘要](132) [HTML全文] (40) [PDF 3576KB](3)
摘要:
用失重法和电化学方法研究2A12,5A06和7A04铝合金在中性和酸性(pH≈5)连续盐雾环境下的腐蚀过程。通过金相显微镜和接触角表面分析仪观察其金属相界面处的腐蚀形貌和表面状态,分析腐蚀机理。结果表明:失重法、极化曲线Tafel外推法和电化学阻抗谱法均显示3种铝合金在中性盐雾中腐蚀速率的大小关系为7A04 > 2A12 > 5A06;在酸性盐雾中腐蚀速率的大小关系为7A04 > 5A06 > 2A12;铝合金表面与中性和酸性盐溶液的接触角分别为70.9°和52.6°,酸性盐溶液的接触角小于中性盐溶液的接触角,可能是因为氢离子增多使阴极反应右移,加速阳极溶解,破坏了铝合金表面的氧化膜。
SiCP/Al-Cu复合材料动态再结晶行为及临界条件
郝世明, 谢敬佩, 刘洧宁, 符慧平, 刘佳斌
2017, 37(4): 39-44. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.000184
[摘要](92) [HTML全文] (30) [PDF 3846KB](0)
摘要:
利用Gleeble-1500D热模拟试验机对40% SiCP/Al-Cu复合材料进行压缩实验,研究其在温度为350~500℃、应变速率为0.01~10 s-1条件下的高温塑性变形行为。由实验得出变形过程中的应力-应变曲线,采用加工硬化率处理方法对应力-应变数据进行处理,结合ln θ-ε曲线的拐点和(-∂(ln θ)/∂ε)-ε曲线最小值的判据,研究该复合材料动态再结晶临界条件。结果表明:40% SiCP/Al-Cu复合材料的应力-应变曲线主要以动态再结晶软化机制为特征,峰值应力(σp)随变形温度的降低或应变速率的升高而增加;该材料的ln θ-ε曲线出现拐点,(-∂(ln θ)/∂ε)-ε曲线出现最小值;临界应变(εc)随变形温度的升高与应变速率的降低而减小,且临界应变与峰值应变(εp)之间具有相关性,即εc=0.528εp;临界应变与Zener-Hollomon参数(Z)之间的函数关系为εc=4.58×10-3Z0.09。透射电镜观察显示应变为0.06时(变形温度为400℃,应变速率为10 s-1)已经发生动态再结晶,应变为0.2时,动态再结晶晶粒充分长大。
不同纤维预制体结构对SiCf/PyC/SiBCN复合材料力学性能的影响
谭僖, 刘伟, 曹腊梅, 戴圣龙
2017, 37(4): 45-51. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.000225
[摘要](108) [HTML全文] (40) [PDF 5047KB](3)
摘要:
使用不同织造方式(二维机织,法向增强2.5维机织和三维五向编织)制备了3种SiC纤维预制体,采用树脂转移模塑(RTM)和聚合物浸渍裂解(PIP)工艺制备了SiCf/PyC/SiBCN复合材料。观察复合材料的显微组织,测试弯曲强度、拉伸强度、压缩强度等力学性能,探究不同预制体结构对复合材料力学性能的影响行为。结果表明:同一预制体结构在不同方向的纤维分布不同导致材料力学性能的各向异性;不同预制体结构对材料力学性能有着显著的影响。
等温化学气相渗透法制备C/C-SiC复合材料的摩擦磨损性能
王跃明, 时启龙
2017, 37(4): 52-60. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.000199
[摘要](95) [HTML全文] (26) [PDF 4546KB](1)
摘要:
以碳纤维体积分数为30%的2.5维针刺碳毡为预制体,通过等温化学气相渗透法(Isothermal Chemical Vapor Infiltration,ICVI),制备4种C/C-SiC复合材料,基体中SiC含量由56%降至15%,其密度相近(1.87~1.91 g/cm3)。利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对上述材料的显微结构和物相组成进行观察和分析,并在MM-1000型摩擦磨损试验机上研究复合材料的摩擦磨损性能。结果表明:随着基体SiC含量的降低,C/C-SiC复合材料的平均宏观硬度由98.2HRA降至65.1HRA,硬度分布的均匀性也明显下降;制动过程的平均摩擦系数和质量磨损率均显著增加;通过对摩擦表面形貌和磨屑微观形貌的分析,表明制动过程中的磨损机制受材料表面宏观硬度的影响显著;随着复合材料表面硬度的降低,磨损机制由磨粒磨损为主向磨粒磨损和黏结磨损联合转变,从而使摩擦系数和磨损量显著提高。
含缺陷C/SiC平纹机织复合材料拉伸力学行为数值模拟
曾翔龙, 王奇志, 苏飞
2017, 37(4): 61-68. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.000086
[摘要](86) [HTML全文] (31) [PDF 4093KB](1)
摘要:
采用APDL语言实现ANSYS的二次开发,建立含预制缺陷的纤维束截面卵圆形多尺度单胞模型。首先计算纤维束单胞的初始模量,强度以及最大应变;随后利用扫描电镜图中的缺陷建立单胞模型,并引入周期性边界条件,预测材料的初始各向材料常数。同时利用Linde提出的逐渐损伤准则,进行单轴拉伸力学行为的数值模拟,并阐述该平纹机织复合材料单胞模型在经向拉伸载荷作用下其纤维束的损伤及演化过程。该模型计算得到的最大拉应度为0.65%,强度为256.46 MPa。结果表明,该模型给出的数值模拟结果与实验数据吻合较好,证明了模型的有效性,为该类材料的优化设计及其力学性能分析提供了一种有效方法。
镍基高温合金疲劳-蠕变寿命预测的临界面损伤方法
董成利, 于慧臣
2017, 37(4): 69-76. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.000102
[摘要](137) [HTML全文] (33) [PDF 1809KB](2)
摘要:
采用临界面损伤方法并耦合疲劳-蠕变寿命模型,通过适当的技术改进,分别对某型航空发动机650℃条件下涡轮盘用材料ZSGH4169高温合金和980℃条件下涡轮转子叶片用材料DZ125定向凝固高温合金的疲劳-蠕变寿命进行预测,并分别比较以WallsCcbSwtGlk,和Fin为参数的五种寿命模型的预测精度。算例的计算结果表明:对于ZSGH4169高温合金,以Walls临界损伤平面为参数的寿命模型预测效果较好,预测的结果与实验值相比基本落在±3倍分散带以内;而对于DZ125高温合金而言,以Glk临界损伤平面为参数的寿命模型预测效果较好,预测的结果与实验值相比基本落在±2.5倍分散带以内。
泡沫钢的制备及三点弯曲性能
孙亚东, 周芸, 郭坤山, 杨一群, 李和汀, 左孝青
2017, 37(4): 77-83. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.000216
[摘要](79) [HTML全文] (27) [PDF 3316KB](3)
摘要:
为了制备孔隙率较高、孔结构均匀、性能优良的泡沫钢板及夹芯复合板,以316L不锈钢粉为原料,CaCl2为造孔剂,采用粉末冶金烧结-溶解法制备不同孔隙率、孔径的泡沫钢,并用物理粘接法制备泡沫钢夹芯复合板。通过对泡沫钢板和夹芯复合板进行三点弯曲实验研究两者的抗弯曲性能。观察泡沫钢板的三点弯曲变形过程,分析孔隙率和孔径对泡沫钢板和夹芯复合板抗弯曲性能的影响,对比两者的极限抗弯载荷变化。结果表明:泡沫钢板的变形首先从薄壁不规则的孔壁开始,形成裂纹并进行扩展,最终导致宏观断裂;对于泡沫钢夹芯复合板,当孔隙率从69.4%增加至82.5%时,其所能承受的极限载荷从2345 N下降至1254 N,在相同孔隙率下,相比于泡沫钢板,夹芯板承受的极限弯曲载荷提升了15%~43%;当孔径从1.9 mm增加至3.9 mm,孔隙率约为73%时,其所能承受的极限弯曲载荷从2070 N下降至1528 N,与泡沫钢板相比,相同孔径下,夹芯板承受的极限弯曲载荷提升了15%~28%;在孔隙率和孔径相同条件下,泡沫钢夹芯复合板的抗弯承载能力比泡沫钢板提高15%以上。
二氧化硅/双马来酰亚胺半固化片流变特性及其制备的覆铜板性能
戴善凯, 黄荣辉, 季立富, 谌香秀
2017, 37(4): 84-89. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2015.000209
[摘要](133) [HTML全文] (37) [PDF 2165KB](0)
摘要:
研究经偶联剂KH550,KH560及KH570表面处理后的二氧化硅对双马来酰亚胺树脂体系流变特性的影响,通过DMA,TMA及TGA等测试手段表征所制备覆铜板的刚性、热膨胀系数及热稳定性。结果表明:采用KH560表面处理的二氧化硅/双马来酰亚胺树脂体系,较表面处理剂为KH550、KH570及未表面处理的二氧化硅/双马来酰亚胺树脂体系具有更好的流变特性和更低的熔融黏度;在树脂体系中引入二氧化硅,可以有效地提高覆铜板基材的综合性能,与未添加二氧化硅相比,具有更高的存储模量和更低的热膨胀系数;当二氧化硅质量分数为50%时,50℃时基材存储模量提高了83%,玻璃化转变温度以下的热膨胀系数α1降低了153%。
三维数字图像相关技术(3D DIC)在材料形变研究中的应用进展
陈亚军, 孙胜洁, 季春明
2017, 37(4): 90-100. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.000139
[摘要](171) [HTML全文] (68) [PDF 1279KB](12)
摘要:
三维数字图像相关技术(3D DIC)由于其非接触、全场化的测量方式,与其他光测方法相比,具有自动化、光路简单、普适性及抗干扰能力强等优点,广泛应用于多领域多种材料的力学性能测试中,但在应用过程中会出现测量精确性不确定、高温实验测量误差大、大曲率物体可测面积有限等问题。综述了3D DIC在不同种类材料常规力学实验中的应用,通过对比分析3D DIC、传统引伸计测量结果及有限元模拟结果,验证该技术精确性;由于高温和大变形测量中3D DIC的应用是目前的研究热点和难点,故重点介绍了高温散斑制备和多相机DIC等最新技术进展;指出在散斑对测量精度影响、微应变尺度测量、环境因素对测量效果干扰以及在军事材料和生物医学领域应用等方面还需对3D DIC进一步研究。
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