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  • 材料工程
      2017年, 第45卷, 第11期 刊出日期:2017-11-20 上一期   
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    2017, 45 (11): 0-0.  
    摘要 ( 182 )   PDF (5989KB) ( 98 )   引文文本
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    研究论文
    高柔性隔热软木复合材料的制备与性能
    郭安儒, 李杰, 肖德海, 刘畅
    2017, 45 (11): 1-9.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.000406
    摘要 ( 409 )   HTML( PDF (6201KB) ( 212 )   引文文本
    以单组分湿固化的聚氨酯(U030)作为胶黏剂制备的软木复合材料(RC16),密度为0.40g/cm3,具有优异的柔韧性和力学性能。考察了胶黏剂的含量、软木粒子的含水率、固化条件等因素对RC16软木隔热性能、柔韧性及力学性能的影响。结果表明:合成的胶黏剂U030与软木粒子之间具有良好的相容性和粘接性,可完全包裹软木粒子且分散均匀;材料的力学性能随着软木粒子含水率的增加呈现先提高后降低的趋势,在7.0%时达到最大值;随着U030含量的增加,RC16软木的各项性能均呈现先上升后趋于稳定的趋势,但其热导率也相应提高,当U030含量为30%时材料的综合性能最佳;确定RC16软木的最佳固化工艺条件为:固化温度110℃,固化时间1.5h;RC16软木具有良好的耐热性,可在20s内承受800℃高温烧蚀。
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    “超材料”结构吸波复合材料技术研究
    礼嵩明, 蒋诗才, 望咏林, 顾涧潇, 邢丽英
    2017, 45 (11): 10-14.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000152
    摘要 ( 573 )   HTML( PDF (1301KB) ( 334 )   引文文本
    研究了"超材料"结构吸波复合材料的制备技术及其力学性能与电性能。通过突破不同尺寸金属周期结构单元制备、金属周期结构单元转移、含金属周期结构单元吸波复合材料工艺参数优化等关键技术,制备出电性能和力学性能批次间稳定性良好的含多层金属周期结构单元的"超材料"结构吸波复合材料,"超材料"结构吸波复合材料在2~18GHz频率范围具有宽频高吸收的特性。
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    电化学处理对碳纤维表面加载碳纳米管的影响机理
    宋磊, 陈纪强, 范汶鑫, 王成国
    2017, 45 (11): 15-22.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001038
    摘要 ( 268 )   HTML( PDF (3577KB) ( 143 )   引文文本
    利用电化学阳极氧化法改性碳纤维表面,开发了在连续碳纤维表面简单、高效、均匀地加载催化剂涂层的工艺。通过系统研究电化学改性强度对碳纤维表面物理与化学特性、催化剂颗粒与CNTs形貌、多尺度增强体拉伸强度及其增强复合材料层间剪切强度的影响,优化了碳纤维表面电化学改性工艺。结果表明:催化剂颗粒的形貌与分布不仅影响碳纤维表面沉积的CNTs的形貌,而且影响最终碳纤维表面生长CNTs多尺度增强体及其复合材料的力学性能。
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    高岭土/聚磷酸铵阻燃硬质聚氨酯-酰亚胺泡沫塑料的制备与性能
    张琪, 刘娟, 桑晓明, 闫莉
    2017, 45 (11): 23-29.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000501
    摘要 ( 291 )   HTML( PDF (3962KB) ( 288 )   引文文本
    采用聚酰亚胺(PI)预聚法,以高岭土(Kaolin,KL)和聚磷酸铵(APP)为阻燃剂,合成KL/APP阻燃硬质聚氨酯-酰亚胺(PUI)泡沫塑料。分析KL/APP的添加量和配比对氧指数、烟密度、炭层形貌、表观密度及力学性能的影响。结果表明:随着KL/APP复配阻燃剂添加量的增加,硬质PUI泡沫塑料的氧指数、表观密度、压缩强度、压缩模量以及表面粉化程度均增加,且密度指数分别为1.999和1.764;烟密度随着KL含量的增大而减小,KL/APP阻燃剂能改善泡沫炭层疏松多孔的缺点。
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    透明聚碳酸酯材料疲劳断裂行为
    张晓雯, 吴南, 张旋, 马丽婷, 厉蕾
    2017, 45 (11): 30-35.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001188
    摘要 ( 446 )   HTML( PDF (2461KB) ( 286 )   引文文本
    研究不同应力比(R)以及退火处理对透明聚碳酸酯(PC)板材疲劳性能的影响规律与机理,并对聚碳酸酯疲劳裂纹扩展过程与机理进行分析。结果表明:退火后聚碳酸酯试样的残余应力明显变小,疲劳性能明显提高,这是由于机加工造成PC试样残余拉应力,而消除残余拉应力能够明显改善PC的疲劳性能;正应力比(拉拉疲劳)情况下,随着应力幅值变大,PC的疲劳性能明显下降,而负应力比(拉压疲劳)对PC的疲劳性能影响较为复杂。断口形貌分析表明,PC疲劳裂纹断口存在明显的裂纹源区、稳定扩展区与失稳区,而PC的疲劳裂纹扩展机理是首先在应力作用下产生银纹,当应力超过银纹中微纤维强度或在多次循环应力作用下疲劳而造成微纤维破坏时,银纹便发展为裂纹。
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    镍掺杂锆柱撑钛酸盐的制备、表征与光催化性能
    孙东亚, 何丽雯, 林碧洲
    2017, 45 (11): 36-41.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000243
    摘要 ( 280 )   HTML( PDF (2353KB) ( 115 )   引文文本
    采用高温固相加水热合成方法制备出钛酸盐单分子层。掺镍的聚合羟基锆离子溶液与钛酸盐单分子层悬浮液共混,通过剥离重堆积技术制得镍掺杂锆柱撑钛酸盐材料(NZPT)。用X射线衍射(XRD)、N2吸附分析、扫描/透射电镜(SEM/HR-TEM)和紫外可见吸收光谱(UV-vis)对材料晶体结构、化学组成、微观形貌和孔结构等性质进行表征。以紫外-可见光催化降解酸性红G作为探针反应考察镍的掺入对Zr柱撑钛酸盐复合材料(ZPT)光催化活性的影响。结果表明:掺镍柱撑材料的催化活性均高于未掺镍ZPT,其中,NZPT-0.10呈现出最佳的催化活性,这与材料掺杂后形成的更大比表面积以及主客体间的电子耦合有关。
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    太阳能吸收AAO复合氧化膜的制备与性能
    魏红阳, 常萌蕾, 陈东初, 王梅丰, 叶秀芳
    2017, 45 (11): 42-48.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001143
    摘要 ( 268 )   HTML( PDF (5195KB) ( 101 )   引文文本
    通过阳极氧化技术制备高度有序的多孔阳极氧化铝(AAO),交流扩孔后,在不同条件下向氧化铝孔内以50Hz的交流频率沉积Cu-Ni纳米复合粒子。经光谱测试分析可知:在电压12V、时间600s、温度25℃条件下制备的涂层具有良好的太阳光吸收性能,吸收率为0.91、发射率为0.18、品质因子为4.9。经SEM,XRD分析可知,复合氧化膜涂层表面得到CuAl2O4/Cu-Ni复合纳米棒阵列。目标涂层经600℃高温处理后,吸收率、发射率波动很小,涂层体系的热稳定性得到提高。其中,CuAl2O4的存在限制高温环境下Cu,Ni金属颗粒在界面处的扩散,减小氧化概率。
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    纳米磷酸铁包覆锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的制备及其电化学性能
    董鹏, 张英杰, 刘嘉铭, 李雪
    2017, 45 (11): 49-57.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001257
    摘要 ( 317 )   HTML( PDF (6899KB) ( 131 )   引文文本
    为改善LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的电化学性能,采用自制的磷酸铁纳米悬浮液,通过共沉淀法在LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料表面包覆纳米磷酸铁。应用XRD,TG-DTA,TEM等手段表征制备的磷酸铁的结构,形貌和液相状态;通过XRD,SEM,EDS,TEM,ICP,恒流充放电、循环伏安、交流阻抗表征制备的包覆材料的结构、形貌及电化学性能。研究烧结温度和包覆量对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料电化学性能的影响。结果表明,热处理温度为400℃,2%(质量分数,下同)磷酸铁包覆能显著地改善LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的循环性能和倍率性能。循环伏安和交流阻抗结果显示,包覆磷酸铁后改善了LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的可逆性和动力学性能。ICP测试结果表明,磷酸铁包覆层能够有效地降低电解液对正极材料的溶解与侵蚀,稳定其层状结构,从而提高正极材料的电化学性能。
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    W掺杂二氧化钒的水热晶化机理及其相变性能
    李尧, 卢怡, 曹文斌
    2017, 45 (11): 58-65.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.000459
    摘要 ( 267 )   HTML( PDF (3668KB) ( 155 )   引文文本
    以硫酸氧钒为钒源,采用沉淀-胶溶法制备VO2溶胶。然后向溶胶中加入偏钒酸铵,利用溶胶水热晶化制备出W掺杂二氧化钒(W-VO2,M相)粉体。通过XRD,FESEM和DSC对合成产物的物相组成、形貌和相变性能进行研究。结果表明:在280℃条件下水热处理4~48h,VO2溶胶经过水热晶化生成长约1~2μm、直径约100~200nm棒状W-VO2(B)晶体,伴随着B相向M相晶型转变,W-VO2(B)逐渐消溶,而W-VO2(M)逐渐长大,形貌由棒状转变为片状或雪花状;W-VO2(M)相变温度随着W掺杂量增加而降低,当名义掺杂量为6.0%(原子分数)时,相变温度降低到28℃。根据水热晶化和形貌演变过程,提出了W-VO2(M)可能的"形核-生长-转化-熟化"形成机理。
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    新型复合相变储能材料Na/Paraffin的制备与性能分析
    徐永锋, 李明, 罗熙, 余琼粉, 王云峰, 冷从斌
    2017, 45 (11): 66-71.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000687
    摘要 ( 327 )   HTML( PDF (2273KB) ( 99 )   引文文本
    为提升广泛应用于相变储能领域的石蜡的导热系数,在手套箱内将导热系数高、熔点低、密度小的金属Na与石蜡复合为Na/paraffin新型相变储能材料,并对其导热系数、相变潜热及储/放热特性进行研究。结果表明:5% Na/95% paraffin复合相变储能材料导热系数较纯石蜡提高了17.6倍,储/放热速率均较纯石蜡提升了1倍;经过200次循环实验后,3% Na/97% paraffin复合相变储能材料相变温度由60.58℃下降到59.65℃,相变潜热由166.7520J·g-1下降到160.5632J·g-1,热导率由2.33W·m-1·K-1减少到1.98W·m-1·K-1
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    Ni-5% RExOy复合添加剂对Mg2Ni电化学储氢性能的影响
    张国芳, 张羊换, 许剑轶, 侯忠辉
    2017, 45 (11): 72-77.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000345
    摘要 ( 243 )   HTML( PDF (2016KB) ( 71 )   引文文本
    以Ni-5% RExOy(CeO2,La2O3,Eu2O3)为复合添加剂,研究添加剂对球磨Mg2Ni合金的微观结构及电化学储氢性能的影响。结果表明:添加剂能够改变材料非晶与纳米晶结构的比例,复合材料的粒度分布均匀,但添加Ni-5% CeO2的样品存在少量团聚现象。含有添加剂的样品具有更高的最大放电容量及更好的循环稳定性;添加剂均可有效提高复合材料的充放氢动力学性能,改善材料表面电荷转移能力及电化学反应的可逆性,提高合金内部H原子的扩散速率。其中Ni-5% CeO2添加剂对提高复合材料动力学性能的催化效果最好。
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    铝镁异种金属复合挤压成形及界面微观组织
    乔及森, 向阳芷, 聂书才, 张涵
    2017, 45 (11): 78-83.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001407
    摘要 ( 331 )   HTML( PDF (4117KB) ( 317 )   引文文本
    基于Deform 2D有限元模拟优化挤压工艺参数,在挤压速率2mm/s,挤压温度470℃下对铝镁双金属进行复合挤压实验,并采用扫描电镜(SEM)、显微硬度测试以及电子背散射衍射(EBSD)对复合挤压件界面结合层进行微观组织观察与分析。结果表明:在铝镁合金接触区反应生成了界面层,层内新的物相为靠近AZ31镁基体一侧的Al12Mg17以及靠近铝基体一侧的Al3Mg2。Al3Mg2相显微硬度值最高,平均值约为210HV,Al12Mg17相平均硬度约为170HV,因而界面区硬度高于两侧基体母材,形成典型的脆硬结合层,电子背散射衍射(EBSD)结果显示,Al12Mg17相的平均晶粒尺寸为30μm,Al3Mg2相的平均晶粒尺寸约为20μm,复合界面结合层区域晶粒取向各异,晶粒尺寸大小也不均匀,而复合外层纯铝基体取向区域均匀,新生成相在晶界上有部分再结晶发生。
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    AZ31B镁合金/PRO500超高强度钢TIG熔钎连接界面反应特性及力学性能
    陈建华, 张喜燕, 任毅
    2017, 45 (11): 84-89.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000518
    摘要 ( 298 )   HTML( PDF (1996KB) ( 93 )   引文文本
    利用TIG电弧作为热源开展AZ31B镁合金与超高强度钢PRO500熔钎连接实验,研究界面反应特性及力学性能。结果表明:AZ31B镁合金/PRO500钢能够利用TIG电弧熔钎焊实现有效连接;接头界面中各基体元素的氧化具有强烈的热力学自发性并在接头界面中形成氧化物聚集且包含AlFe3相的过渡区,其硬度介于两种基材之间;界面中靠近钎接位置的钢基体在焊接热循环作用下会出现回火软化现象;大的焊接热输入会导致界面过渡区中脆性化合物相增多,结合强度显著下降。
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    2024-T4铝合金光纤激光填丝焊缝成形与组织性能的相关性
    许飞, 陈俐, 何恩光, 郭路云
    2017, 45 (11): 90-95.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001071
    摘要 ( 268 )   HTML( PDF (3442KB) ( 134 )   引文文本
    2024-T4铝合金光纤激光填丝焊缝横截面分为钉头形和近X形2种典型形貌,对比分析了该2种形貌的焊缝成形与组织形态、显微硬度和接头拉伸性能的相关性。结果表明:近X形横截面的焊缝在焊接过程中更加平稳,焊接飞溅更少。焊缝区的组织特征为垂直于熔合线相对生长的柱状晶组织和焊缝中心的等轴晶组织。钉头形焊缝中心晶粒的二次枝晶较发达,逐渐形成等轴树枝晶,而近X形焊缝中心晶粒相对细小,呈现为等轴胞状晶。与钉头形横截面的接头相比,近X形横截面的接头焊缝区析出的强化相θ(Al2Cu)相对较多,平均显微硬度值略高,热影响区的软化现象逐渐减弱,接头强度和塑性略低。
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    糊状钎剂浓度对其黏附行为的影响
    杜全斌, 龙伟民, 路全彬, 孙华为, 王星星, 鲍丽
    2017, 45 (11): 96-101.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001277
    摘要 ( 278 )   HTML( PDF (3201KB) ( 105 )   引文文本
    针对糊状钎剂在钎料表面难以均匀润湿铺展的问题,采用金相显微镜、润湿角测定仪、表面张力仪等分析设备,对不同浓度糊状钎剂在钎料表面的黏附行为进行研究。结果表明:糊状钎剂的黏附层随浓度的增大而逐渐增厚,薄黏附层发生少量收缩现象,厚黏附层发生大量下滑脱落及收缩现象。对于理想表面,不同浓度糊状钎剂的黏附张力相同。对于实际表面,表面条纹槽对糊状钎剂具有附加压力作用,附加压力是黏附层收缩发生滞后现象的主要原因。随着糊状钎剂浓度的增大,附加压力和滞后阻力减小,收缩加剧。薄黏附层收缩需满足:ΔWCAP,即收缩现象发生与否主要取决于黏附张力和附加压力。
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    Ce对Al-Zn-Mg-Cu合金亚快速凝固铸造组织的影响
    黄高仁, 孙乙萌, 张利, 刘玉林
    2017, 45 (11): 102-107.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000771
    摘要 ( 296 )   HTML( PDF (3199KB) ( 101 )   引文文本
    通过XRD,DSC,SEM,EDS等现代分析方法,研究了稀土元素Ce在不同凝固冷却速率下对Al-Zn-Mg-Cu合金显微组织、凝固温度的影响,分析讨论了Ce对合金晶粒细化和熔体净化作用的原理。结果表明,合金的主要析出相为α-Al和MgZn2型共晶相,MgZn2固溶了Al,Cu,Mg等元素并形成了Mg (Zn,Cu,Al)2相,在晶界上溶质元素浓度较高,与α-Al基体共晶形成层片状共晶组织。添加Ce能使合金枝晶间距减小,并减小共晶层片间距和细化共晶组织,显著细化晶粒,并抑制铝合金中的杂质相Al7Cu2Fe的出现。Ce还将合金α-Al基体和共晶相的析出温度分别降低了6.4℃和5.6℃。
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    3% Si电工钢铸坯中柱状晶的形变、再结晶行为及织构演变规律
    邵媛媛, 郭琪
    2017, 45 (11): 108-114.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001535
    摘要 ( 306 )   HTML( PDF (6908KB) ( 108 )   引文文本
    利用电子背散射衍射(EBSD)技术和X射线衍射仪(XRD)研究3%(质量分数) Si电工钢铸坯中柱状晶的形变、再结晶行为及织构演变规律。结果表明:柱状晶长轴分别沿轧向、横向和法向放置,具有不同的初始织构。热轧后,表层形成的3种剪切取向中高斯取向较容易形成。中心区,RD样品中的αγ线轧制取向,TD样品中的强γ线取向,ND样品中的强{100}取向以及各样品中的立方取向,均表现出明显的初始取向依赖性。冷轧后,RD,TD样品中的强{111}〈112〉取向来自热轧板中的高斯取向,ND样品中的强旋转立方取向遗传自初始{100}取向。受初始取向偏差及大晶粒尺寸影响,ND样品中的旋转立方取向晶粒内取向梯度较大。退火后,样品中心大尺寸的{100}取向晶粒是柱状晶初始取向遗传性的表现。
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    Y2O3对W-4.9Ni-2.1Fe合金摩擦磨损行为的影响
    张雪辉, 周亮亮, 李晓闲, 张陈增, 王成, 章标, 陈颢, 梁彤祥
    2017, 45 (11): 115-121.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001381
    摘要 ( 241 )   HTML( PDF (7257KB) ( 92 )   引文文本
    采用高能球磨和放电等离子体烧结技术联合制备W-4.9Ni-2.1Fe-xY2O3高密度合金,利用洛氏硬度计、X射线衍射仪、往复式摩擦磨损试验机、三维轮廓仪等对合金的显微组织、力学性能和摩擦磨损行为进行研究。结果表明:适量稀土氧化物Y2O3掺杂,可以有效抑制烧结过程中晶粒的长大,使黏结相和钨颗粒均匀分布,提高合金的相对密度、硬度及摩擦磨损性能。当过量添加Y2O3时,Y2O3易于在晶界处偏聚,抑制晶粒长大效果减弱,合金的力学性能和摩擦性能均出现不同程度的下降;因此,Y2O3添加应适量,而当其添加量为0.4%(质量分数)时,合金综合性能最优。
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    高能球磨法制备高性能均一分散CNTs/Al5083复合材料
    郭鲤, 蔡晓兰, 李铮, 周蕾, 彭刚, 张文忠, 王子阳
    2017, 45 (11): 122-128.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.001018
    摘要 ( 310 )   HTML( PDF (4806KB) ( 104 )   引文文本
    采用卧式高能球磨法制备0%~2% CNTs/Al5083(质量分数)复合材料,研究球磨时间和CNTs含量对复合材料性能的影响。采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对复合材料的形貌进行表征,测试复合材料的抗拉强度及硬度。结果表明:当球磨时间为1.5h时,CNTs可均匀分散在Al5083基体中;CNTs质量分数为1.5%时,CNTs/Al5083界面结合力最好,复合材料的抗拉强度和硬度分别为188.8MPa和136HV,比未加CNTs的Al5083合金基体分别提高了32.2%和36%。
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    综述
    高熵合金制备及研究进展
    陈永星, 朱胜, 王晓明, 杜文博, 张垚
    2017, 45 (11): 129-138.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001124
    摘要 ( 1949 )   HTML( PDF (1664KB) ( 1184 )   引文文本
    高熵合金目前的研究大多针对块体、粉体、涂层、薄膜等领域,在其他领域的研究较少且缺乏统一分类。本文根据当前高熵合金研究进展,对所有研究的高熵合金种类进行了划分,介绍了元素选取原则,总结了高熵合金制备方法,综述了高熵合金研究机构、研究形式、研究内容等现状,展望了高熵合金应用前景,提出了当前高熵合金机理研究较少、性能研究不全面、热稳定性研究不系统、涂层制备工艺参数有待优化、轻质高熵合金设计、课题研究领域拓展等系列科学问题并给出针对解决方法,对于高熵合金课题未来的应用领域拓展研究方向有一定的指导意义。
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    民用航空材料适航审定
    沈小明, 陈挺, 张迎春
    2017, 45 (11): 139-142.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.001084
    摘要 ( 521 )   HTML( PDF (619KB) ( 309 )   引文文本
    以适航规章研究为基础,结合民用航空器适航审定的经验,分析适航规章对材料的适航条款,总结出对材料的核心适航要求是:材料应符合某种材料规范,材料规范保证材料具有设计资料所采用的强度性能和其他性能。分析国内民用航空材料适航管理方法,提出改进建议:(1)依据CCAR21.351至371条和CCAR 37的有关规定,对民用航空材料开展单独适航管理;(2)研究并推广基于统计的材料规范制定方法,用于建立能够保证材料具有设计资料所采用的强度性能和其他性能的材料规范;(3)建立民用航空材料协作机制,基于统计建立民用航空材料设计值手册,降低适航取证成本。最后给出材料规范建立过程中可采用的统计方法,为材料规范的建立提供了技术方法。
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