以含外倒角薄弱环节复合材料圆管的耐撞性分析为例,提出了基于理想弹塑性模型进行耐撞性设计分析的方法,并给出了等效参数的确定策略。研究表明:利用复合材料宏观力学理论计算得到复合材料圆柱壳的等效弹性常数,并结合有限元软件计算得到的临界屈曲应力,可以将复合材料圆管等效为各向同性材料圆管进行耐撞性设计分析;采用该数值模拟策略,能够以较少的计算量来预报复合材料圆管的耐撞性能,并使得在普通的计算机上进行全尺度复合材料飞行器结构的耐撞性设计分析成为可能。

使用Gleeble 3800热模拟实验机研究了一种低C微合金SiMnCrNiMo钢的奥氏体连续冷却相变(CCT)行为,使用辊径750mm的二辊可逆实验轧机进行了系列TMCP实验,开发出F550高强度船板。生产F550船板的TMCP工艺为:在奥氏体再结晶区和未再结晶区进行两阶段轧制,精轧温度800～820℃,精轧压下率67%,轧后以14～18℃/s的速率冷却至350～500℃。钢板的显微组织为细密贝氏体,其屈服强度大于590MPa,抗拉强度大于700MPa,-60℃下Charpy冲击吸收能量高于230J。

研究激光金属成形DZ125L高温合金的组织,其形成的非平衡组织致密,一次枝晶间距约5μm;生成的过饱和固溶体抑制γ'相析出,且晶界析出点状不连续MC碳化物。这无法满足高温合金直接使用要求,需进行必要热处理。因此研究了5种热处理状态下的组织和显微硬度,结果表明均匀化和固溶处理十分必要,但需严格控制时间;时效处理时间可以适当减少。经过热处理试样的硬度比未经过过热处理试样硬度低,主要原因是激光金属成形组织细密,晶界析出大量强化相MC碳化物。

为优化Al₂O₃层状复合材料的制备工艺及力学性能,选用不同初始粉体为原料制备了系列Al₂O₃/Al₂O₃-ZrO₂(3Y)层状复合材料。借助X射线衍射、冷场发射扫描电镜和万能试验机等手段,系统考察了粉体结构和形貌对层状复合材料显微结构和性能的影响。结果表明:初始粉体的颗粒尺寸及尺寸分布会显著影响层状复合材料的显微结构及力学性能,以球磨微-纳米复合粉体为原料制备的层状复合材料具有最佳的力学性能,其抗弯强度和断裂功分别可达740MPa及3892J·m^-2。同时,材料具有较高的层间结合强度,平行于层方向的抗弯强度高达436MPa。

基于声发射(AE)技术研究了不同编织角度的三维四向炭/环氧编织复合材料在压缩载荷作用下的破坏过程。分析了累积声发射能量,事件率,幅值和波形经过快速傅里叶变换后的峰值频率。同时,结合载荷-位移曲线,把破坏过程分成不同的阶段来深入理解编织复合材料的破坏机理。用光学显微镜观测试件的破坏表面。结果表明AE参数能很好地描述三维编织复合材料的破坏过程,而且破坏机理也可用AE特性来识别。

基于可去除填充颗粒的粉末冶金技术制备了孔隙率在40%～80%,孔径在1～2mm内变化的多孔镁和多孔AZ91D镁合金,并系统考察了材料的准静压压缩行为和吸能特性。结果发现,镁基多孔材料的压缩应力-应变曲线由线性弹性区、平台和致密化区域组成,但曲线锯齿状波动较大,表明材料的脆性断裂机制。压缩屈服强度与相对密度的关系可通过Gibson-Ashby模型来理解,但屈服强度对孔径的依赖性较低。吸能本领随相对密度的增加而增加,相同条件下,多孔AZ91D镁合金的吸能本领高于多孔镁,多孔镁的吸能效率则高于多孔AZ91D镁合金。

微裂纹的生长与演化是导致准脆性材料损伤及破坏的本质,本工作对承载过程中准脆性材料内部的椭圆形微裂纹的生长与演化规律进行研究。采用复势函数求解受远场载荷作用下代表性单元中椭圆形微裂纹的变形,讨论了椭圆形微裂纹初始取向的变化对微裂纹尺寸增长的影响,并结合微裂纹扩展准则推导出损伤开始时的临界应力条件。基于翼型裂纹扩展过程的能量守恒关系,建立了损伤阶段的本构关系。

对两种微米尺度的初始微粒进行不同条件的退火处理,制备出不同晶体结构和不同尺寸大小的Co微粒。用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了微粒的晶体结构和微观形貌变化。结果表明,选择合适的退火条件,可以得到几乎为单一FCC相的Co微粒。存在一个相稳定的临界尺寸,小于此尺寸的微粒,冷却过程中不发生FCC-HCP相变,高温相可以在室温下稳定存在。微粒的表面/界面状态影响临界尺寸的大小,表面/界面能越低,临界尺寸越小。从微粒所受的附加应力抑制了马氏体相变的角度,讨论了微粒尺寸和表面/界面状态对相稳定性的影响。

采用模压成型工艺制备了5种不同炭纤维含量的新型陶瓷摩擦材料。研究了炭纤维含量对材料的力学性能、摩擦磨损性能的影响,并利用扫描电子显微镜观察了磨损后材料的表面形貌。结果表明:随着炭纤维含量的增加,抗压强度、抗剪切强度均先增大后减小;材料耐热性好,350℃条件下无热衰退;随着炭纤维含量增加,摩擦因数减小,稳定性提高;低温下磨损率先减小后增大,高温下高炭纤维含量有利于降低磨损率的增长。

对T700/6421炭纤维复合材料在RTM工艺下制作的不同铺层方式的试样,进行两种频率的脉冲反射法超声检测实验,研究纤维铺层方式对超声检测结果的影响,并得到以下结论:纤维铺层方式对声波在材料中传播的声速和衰减有一定影响,在进行缺陷深度定位和材质衰减测量时,应予以修正;纤维铺层方式对复合材料上下表面检测分辨率、层间分层缺陷的可检性和缺陷大小的评定没有明显影响。

研究了室温注氘纯钒在电子辐照下位错环的变化。纯钒室温注氘后分别在500,550℃通过超高压透射电子显微镜 (HVEM) 观察分析了在电子辐照下的微观结构变化。结果表明:500℃电子辐照时,位错环没有明显的变化;在550℃时效后形成的位错环尺寸比500℃略有增加,在550℃继续进行电子辐照,位错环在尺寸和密度上同样没有变化。与纯铁相比,纯钒中的缺陷团簇在辐照下的稳定性更高。

在国产离子镀和空心阴极离子镀复合镀膜机上,通过改变脉冲偏压值制备了(Ti,Al)N涂层。用X射线衍射仪对涂层的相组成进行了检测分析,并通过测得的衍射谱线计算了 (Ti,Al)N涂层中的残余应力值;扫描电镜观察涂层表面微观形貌显示涂层表面存在"大颗粒"现象;用材料表面微纳米力学测试系统检测了涂层与基体间的结合力和涂层的硬度值。对涂层中残余应力与质量和性能之间关系的研究分析表明:(Ti,Al)N涂层中存在着残余压应力,且随脉冲偏压值的增加其值有先减小后增大的趋势;涂层中"大颗粒"现象随脉冲偏压值的提高能够显著得到减轻,涂层与基体间结合力得到提高,涂层的硬度值增大,涂层质量和力学性能均得到改善。

以Cu为基体,利用KCl-NaCl-NaF-SiO₂熔盐体系电沉积出的硅作为渗硅硅源,电沉积硅和在Cu基体上渗硅同时进行,制备了Cu/Si梯度层。本工作就制备工艺参数对梯度层断面显微组织的影响进行了研究,结果表明:Cu/Si的梯度层断面由不同显微组织的表面层、中间层和过渡层构成,表面层是等轴晶组织,中间层是柱状晶组织;梯度层厚度随电沉积渗硅温度的升高、电沉积时间的延长而增厚,并且表面层晶粒、中间层晶粒均得到细化;电沉积时间延长,表面层厚度逐渐增大,中间层厚度逐渐减小;梯度层中,表面层金相相组织由(Cu)相、К相、γ相、η相和ε相中的一相或两相构成;中间层完全是(Cu)相。

纯铜表面预镀Ni,随后采用料浆包渗法,以SiO₂粉为Si源,纯Al粉为还原剂,NaF和NH₄Cl作为复合活化剂,Al₂O₃为惰性添加剂,蛋白质(鸡蛋清)为黏结剂,在Cu表面预先镀Ni层随后料浆包渗制备渗层。研究了包渗温度对渗Si层组织和力学性能的影响。结果表明:随包渗温度的增加,渗层组织出现以下转变:Ni₃₁Si₁₂→Ni₃₁Si₁₂+Ni₂Si→Ni₃₁Si₁₂+Ni₂Si+NiAl,包渗过程由渗Si为主转变为Si-Al为主;渗层硬度降低;摩擦因数由750℃时的0.17增加到950℃时的0.33。

通过合理的热加工工艺获得组织均匀细小的棒材是难变形高温合金GH4720Li研制成功的关键和难点。通过对变形高温合金开坯工艺调研以及在GH4720Li合金MTS热模拟实验和数值模拟基础上,对开坯工艺参数进行了初步确定,据此采用2000t快锻机对φ406mm的GH4720Li合金铸锭进行了开坯试制,获得的棒材组织均匀、细小,性能优良。实验结果表明,得到的GH4720Li合金开坯工艺参数合理可行。

分别采用KH-570,KH-560和A-151代替部分TEOS作为前驱体,通过溶胶-凝胶法制备了疏水性SiO₂气体分离膜,利用IR,BET,TG,SEM以及接触角测试仪等对其进行了表征,并对(0.8KH-570)SiO₂膜进行了CH₄/CO₂气体渗透性能评价。结果表明,当A-151,KH-570和KH-560与TEOS的摩尔比均为0.8时,膜的接触角分别从28.6°增大到97.8,94.2°和90.7°。膜样品的疏水性增强,修饰后的膜孔径分布更加狭窄,平均孔径减小,抵抗水蒸汽的能力明显增强;膜层无开裂,表面完整。其中,KH-570修饰的膜性能较好,在n(KH-570)/n(TEOS)=0.8时,压力为30kPa的条件下,(0.8KH-570)SiO₂膜对CH₄/CO₂的分离因子为2.13,大于纯SiO₂膜的分离因子(1.58)和努森扩散理论的分离因子(1.67),分离效果较好。

常压条件下,合成高分子量高邻位热塑性酚醛树脂。考察苯酚与多聚甲醛加成缩合反应过程中原料配比、催化剂含量、反应温度因素对热塑性酚醛树脂结构性能的影响,用凝胶渗透色谱仪、核磁共振谱仪对树脂的结构进行分析,测定了树脂的软化点、游离酚含量、凝胶时间、流动距离。制备了软化点126℃、重均分子量11632、邻对位值3.49、游离酚质量分数2.76%、凝胶时间12s、流动距离39mm的高分子量高邻位热塑性酚醛树脂,树脂产率为94%。

采用单脉冲电沉积在铝合金基体表面制备了锌电积用Al/Pb/α-PbO₂惰性阳极材料,研究了电沉积过程脉冲平均电流密度(2～5A·dm^-2)对制备的惰性阳极材料在50g·L^-1 Zn²⁺,150g·L^-1 H₂SO₄,35℃溶液中电化学性能的影响,测试了阳极极化、循环伏安和塔菲尔曲线。结果表明:增加脉冲平均电流密度,惰性阳极材料在[ZnSO₄+H₂SO₄]溶液中同一测试电流密度下的析氧电位或析氧过电位逐渐升高。相比于Pb-1%Ag合金阳极脉冲平均电流密度为2A·dm^-2时制备的惰性阳极材料在[ZnSO₄+H₂SO₄]溶液中的析氧过电位较低,腐蚀电位较高,腐蚀电流较低。

采用共固化液体成型工艺制备了炭纤维/环氧树脂基复合材料层板,分析了层板的密实和两种树脂的相互扩散情况,采用Ⅰ型层间断裂韧性(能量释放率G_ⅠC)和短梁抗剪强度研究了共固化液体成型层板的层间性能,并与预浸料成型层板和液体成型层板进行了比较。进一步研究了共固化层板中预浸料/液体成型层界面处的纤维取向对G_ⅠC的影响。结果表明:所制备的共固化液体成型层板,层内密实程度高、层间富树脂区不明显,预浸料/液体成型层的层间处两种树脂有一定程度的相互扩散;受界面处树脂相互扩散的影响,共固化层板的层间断裂韧性处于预浸料层板、液体成型层板的平均水平,而层板的短梁抗剪强度由性能较低的一方决定;预浸料/液体成型层界面处的纤维取向对G_ⅠC有明显影响,其中[45/90]的情况有着较高的抵抗开裂和裂纹扩展的能力。