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银河宇宙射线、太阳宇宙射线、辐射带等辐射环境会对元器件、航天员等产生各种空间辐射效应，威胁航天器的正常工作以及航天员的生命健康。材料屏蔽是目前最有效的辐射防护措施之一，对保障航天任务的顺利进行有着重要的作用。本文针对元器件、航天员以及飞行器平台防护3类典型对象，梳理不同场景下空间辐射屏蔽材料研究进展，并对金属复合材料、聚合物材料等空间辐射屏蔽材料的发展方向进行探讨。
随着空间激光技术的不断进步，空间激光系统逐渐向更短应用波长、更长使用寿命、更高应用轨道等方向发展，对薄膜元件提出了更高的性能要求。本文综述国内外主要空间激光器的发展方向，在空间激光系统研制过程中薄膜元件的真空、高低温、质子辐射、伽马射线辐射等空间环境损伤效应，以及使役条件（即空间与激光耦合作用）下薄膜的性能演化机理。介绍在高性能空间激光薄膜元件研制技术方面的新进展，结合空间引力波探测、深空探测等未来发展方向对空间激光薄膜元件提出了展望。
空间环境会对航天器在轨效能发挥产生强烈影响，紫外（ultraviolet，UV）辐射是其中的一个重要因素，它可以导致航天器表面材料的电荷积累和电荷放电。通过测量航天器表面材料的紫外光电子发射产额（photoelectron emission yield，PEEY），获得光电发射基本数据，进行表面带电仿真分析，是研究航天器表面材料带电问题的一个重要方法。本文首先介绍PEEY理论模型的发展，包括福勒-杜布里奇（Fowler-Dubridge，FD）模型、一步模型、基于三步光电发射理论的三步模型（three-step model，TSM）/蒙特卡罗（Monte Carlo，MC）模型以及基于矩的（moments-based，MB）发射模型和量子模型（quantum model，QM），对各个模型的研究方法和适用条件进行分析对比，梳理PEEY模型的发展脉络。然后介绍PEEY的实验测试应用，包括国内外紫外光电子产额谱（UV-PEEY）仪器的发展和典型空间材料的PEEY实验研究，并着重讨论外界条件和表面条件对PEEY的影响，最后对空间表面材料PEEY的深入研究提出建议。
针对低轨空间环境下分子筛材料吸附能力变弱造成高精度、超低温光学仪器或者其他精密探测仪器的探测质量和使用寿命受到严重影响的问题，研究低轨环境中，ZSM-5、ZSM-22、MCM-41和SAPO-11四种沸石分子筛辐照前后样品的外观和对水的吸附性能。结果表明：原子氧对四种材料吸附性能几乎没有影响；紫外会严重降低MCM-41吸附性能，吸收比率降低约2.44%，SAPO-11吸收比率增加1.6%，而ZSM-5、ZSM-22吸收比率增加的幅度非常小，可以忽略；与紫外单独辐照相比，原子氧与紫外同时辐照对MCM-41影响不大，而对SAPO-11、ZSM-5影响较大，可以显著增强其吸附能力，吸收比率增加约为1.7%；对四种材料进行烘烤，加热后MCM-41吸收比率恢复为原样品的吸收比率，表明紫外辐照后造成的网络破坏可以通过烘烤修复。
镁合金由于低密度、高比强度、高阻尼以及良好的导热性等突出优点，广泛应用于航空航天领域，但其低弹性模量限制了其在大型薄壁构件中的可靠应用。本文针对如何提高镁基材料模量性能的问题，简介影响合金模量的主要因素，比较相关计算模型如等应力应变模型、混合定律、Halpin-Tsai模型以及两相复合材料模型的优缺点和适用范围，概括镁基材料模量性能研究的现状与进展，梳理镁基材料模量提升的两大途径以及性能提升机理。基于集成计算材料工程，提出了原子-晶格尺度类高模量铝合金开发和机器学习辅助优化实验设计的高强度高模量镁基材料集成开发策略。
压气机整体叶盘的应用，是高性能发动机的典型技术之一，但整体叶盘接触包含各种固体物的高速气流，频繁出现多种不同形式的结构损伤和性能衰退，严重制约发动机高性能、高可靠和长寿命运行。基于深度维修的整体叶盘再制造技术，是解决上述难题的有效途径。本文针对压气机整体叶盘修复再制造过程中的共性基础问题，总结国内外整体叶盘修复再制造的历史沿革和技术发展，根据整体叶盘几何结构损伤形式和服役损伤形式，从损伤可修复评估与设计、熔焊修复技术、压力焊修复技术、钎焊及激光增材修复及技术、表面加工及优/强化技术等五个部分进行系统阐述，并探讨整体叶盘修复再制造中评估设计、技术发展和深度修复等重要问题，旨在推动整体叶盘再制造技术快速发展和应用。
随着碳化硅陶瓷基复材制备的涡轮外环的逐步应用，与其匹配的可磨耗涂层技术需求迫切。本工作采用大气等离子喷涂技术，制备4层结构的BSAS（Ba0.75Sr0.25Al2Si2O8）-聚酯基可磨耗环境障涂层（A/EBCs），探究工艺参数对可磨耗面层孔隙率的影响规律以及涂层在1300 ℃下的相结构和组织演变。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、透射电镜（TEM）对涂层相结构、微观组织及成分进行分析表征。结果表明：BSAS-聚酯基可磨耗面层的孔隙率为26.4%～36.8%，BSAS-聚酯粒子温度敏感的参量是主气（氩气）流量、辅气（氢气）流量和喷涂距离，速度敏感的参量是主气（氩气）流量；其中主气（氩气）流量同时对BSAS-聚酯的粒子温度和速度具有反向影响作用。该可磨耗面层在1300 ℃高温氧化300 h保持单斜相结构，组织和成分稳定，局部析出球状非晶氧化硅颗粒。采用高温高速刮削实验对涂层可磨耗性能进行评价，涂层表面发现纳米高温合金微粒黏附，叶片高度磨损比（IDR）为20%，达到可磨耗封严涂层使用要求。
通过光学显微镜下的原位拉伸实验和微尺度数字图像相关方法（μ-DIC）观测预腐蚀增材制造AlSi10Mg 的损伤演化和失效过程，并结合微观变形场演化、材料微观结构、三维腐蚀形貌和断口微观形貌等丰富的实验信息分析材料的微裂纹萌生和扩展行为。 结果表明：腐蚀坑周围和亚表面缺陷（由增材制造工艺引起）的应力集中导致微裂纹萌生；存在多个微裂纹同时萌生现象，源于关键损伤区域的裂纹扩展和合并主导了试件的最终破坏；材料微观结构和腐蚀形态对微裂纹扩展也存在重要影响。
针对吸波材料P波段电磁参数准确测试存在困难的问题，本研究基于吸波材料反射率计算理论模型中电磁参数与反射率的关系，利用遗传算法不断调整磁性材料的电磁参数，直到磁性材料反射率的计算值与测试值相吻合。探究遗传算法中种群数量、变异概率以及迭代次数对电磁参数求解的影响。结果表明，设定未知解的上下限为（0，100），种群数量为1000～2000，迭代次数为100，变异概率为0.1，可以兼顾求解速度和准确性。将4种不同厚度磁性材料的反射率的测试值与计算值的差值求和，进行指数化处理，作为目标函数，并参考前后频点的电磁性能，得到误差最小且相对稳定的一组解即为磁性材料的电磁参数。最后制作磁性材料石墨烯平板样件进行实验验证，结果表明：反射率计算值与测试值的误差由初始的58.8%降为7.5%。计算值与测试值相吻合，验证了该电磁参数计算优化方法的可行性和有效性。
为了研究导电橡胶在SO2/盐雾环境下的适应性，针对以石墨烯为导电填料的导电氟醚橡胶和以合金镍粉为导电填料的导电硅橡胶，开展“SO2/盐雾”实验，通过导电橡胶的宏观形貌、邵尔A硬度、拉伸强度、拉断伸长率、撕裂强度和体积电阻率等性能测试，分析“SO2/盐雾”环境对导电橡胶性能的影响。结果表明：实验前，导电氟醚橡胶和导电硅橡胶的邵尔A硬度相当，导电氟醚橡胶的拉伸强度高于导电硅橡胶，体积电阻率低于导电硅橡胶。经过8个循环的“SO2/盐雾”实验，导电氟醚橡胶的宏观形貌未发生变化，邵尔A硬度下降3，拉伸强度上升0.8 MPa（5%），拉断伸长率下降18%，体积电阻率上升2.1 Ω·cm（65.8%），撕裂强度无变化；导电硅橡胶发生明显的腐蚀，表面出现绿色腐蚀产物，邵尔A硬度逐渐降低，拉伸强度下降了1.2 MPa（16.4%），拉断伸长率下降2%，体积电阻率降低3.00 Ω·cm（52.4%），撕裂强度无变化。综合各项性能，导电氟醚橡胶在“SO2/盐雾”环境中的适应性优于导电硅橡胶。
树脂基可磨耗层是航空发动机静子组合件的重要组成部件，利用其可磨耗性可保护转动件与静子组合件，并通过减小转动件与静子组合件之间的间隙优化航空发动机性能。采用加成型硅树脂为基体，研究不同粒径与堆积密度的实心/空心玻璃微珠对复合磨耗层加工性能的影响规律；采用专用磨耗试验机模拟高速叶片磨耗工况，研究不同种类与含量玻璃微珠对硅树脂复合材料磨耗性能的影响规律。结果表明：H型（粒径分布20～80 um）空心玻璃微珠填充硅树脂复合材料具有优异的表面质量、流淌性与综合性能。通过玻璃微珠填充填料优选与含量调控，结合工装设计以及灌注工艺参数调控，形成玻璃微珠填充硅树脂可磨耗层的可控制备工艺，并在航空发动机静子组合件上得到应用与验证。
表面效应对纳米结构的力学性能有重要影响。飞机上很多微纳尺度的结构可简化为悬臂梁。本工作分析表面效应对随从载荷作用下梯度多孔材料纳米悬臂梁在高温环境下非线性力学响应的影响。基于Gurtin-Murdoch表面弹性理论和非线性梁理论，建立梯度多孔材料梁在随从载荷以及温度场中的非线性控制微分方程。假定梯度多孔材料的性能在整个厚度范围内连续变化，且沿厚度呈两种余弦形式的非均匀孔隙率分布模式。采用打靶法求解梯度多孔材料悬臂纳米梁在热-随从载荷下的非线性力学响应。获得各种孔隙率系数和不同非均匀升温下悬臂纳米梁非线性力学响应的数值解，详细讨论材料表面弹性常数和表面应力对纳米悬臂梁力学响应的影响。结果表明：不同孔隙率系数和不同非均匀升温下梁的力学行为是不同的；纳米梁表现出十分显著的表面效应。
为了研究应力对自润滑关节轴承摩擦磨损性能的影响，依据SAE AS 81820对EN2584R12轴承在常温下分别进行了50%、100%和150%标准应力条件下的全寿命摆动磨损测试，并对粘贴衬垫的平板样件进行静应力承载测试。采用三维白光干涉形貌仪与金相显微镜（OM）观察静应力承载后衬垫的变形情况，采用体视显微镜（SM）、光学显微镜（OM）和扫描电子显微镜（SEM）观察不同应力下轴承全寿命摆动磨损后内外圈磨损形貌与磨屑形貌。结果表明：全寿命周期内，三种应力下的自润滑衬垫均已磨穿，磨损规律和摩擦因数差异不大，应力越大，轴承表面温度越高，磨屑颜色越深、尺寸越大，失稳期来得更早，破坏更为剧烈；应力对轴承的寿命有显著影响，低应力和中应力条件下的摆动磨损寿命分别是高应力条件的17.95倍和7.86倍；三种应力下的磨损机理均为磨粒磨损与黏着磨损的混合磨损，直接受力区的黏着磨损随载荷的增大而加剧，非直接受力区的磨粒磨损随载荷的增大而减弱。
通过旋转弯曲（频率52.5 Hz，103～108周次）和超声波（频率20 kHz，5×104～109周次）轴向循环载荷疲劳实验，研究不同应力比（R）、加载方式和夹杂物对CL60钢高周、超高周疲劳性能的影响。结果表明：所有S-N曲线均呈现水平渐进趋势，并具有明确的疲劳极限；应力比R=−1情况下，通过超声波实验获得的疲劳强度（260～270 MPa）比旋转弯曲获得的疲劳强度（400～410 MPa）低140～150 MPa，并且应力比R=0.3的超声波疲劳极限值在195～205 MPa的范围内；旋转弯曲疲劳实验的疲劳裂纹起源于试件的表面，超声波疲劳实验的表面和内部均有裂纹萌生，且裂纹均在MnS夹杂物附近产生，与应力比大小无关。采用有限元方法研究了MnS夹杂物对裂纹萌生和扩展的影响，椭圆MnS夹杂物的侧面相较于尖端位置应力集中水平更高，导致裂纹从夹杂物侧面萌生。
