铝基复合材料在惯性导航仪表中的应用分析

金属基复合材料有适合于惯导仪表的多项优导特性,性能价格比较好,三种主要制备技术在国内均已成熟。该材料应用的主要技术问题如增强体分散均匀性、材料成型、机械加工和热处理等已基本解决。通过对典型捷联惯导系数关键零件的随机振动、阻层特性等力学分析可知,该材料可在提高系统共振频率、阻尼系及精度稳定性方面对惯性系统有贡献。预计该材料在未来两年后可批量应用于惯性仪表中。     

SiCp尺寸对SiCp／Cu基复合材料抗磨性能的影响

以纳米级(30nm)、亚微米级(130nm)、微米级(14μm)3种粒径的SiCp和微米级(10μm)铜粉为原料，用冷压烧结和热挤压方法制备了纳米、亚微米和微米级SiCp／Cu复合材料，考察了SiCp尺寸对SiCp／Cu复合材料抗磨性能的影响．结果表明，不同尺寸的SiCp颗粒作为增强相均能显著改善铜基复合材料的抗磨性能；随着SiCp尺寸的增大，SiCp／Cu复合材料的抗磨性能提高幅度显著增大，但偶件磨损表面的犁削加剧；以微米级SiCp为原料制备的SiCp／Cu复合材料的抗磨性能最佳，但其导致偶件40Cr钢犁削作用显著加剧．从摩擦副整体的摩擦磨损性能角度而言，宜采用SiCp尺寸为130nm的SiCp／Cu复合材料同40Cr钢组成摩擦副．     

纳米碳管/铝基复合材料的制备及摩擦磨损性能研究

利用粉末冶金法制备纳米碳管/铝基复合材料,研究不同纳米碳管含量对复合材料硬度和稳态摩擦磨损行为的影响,采用扫描电子显微镜观察复合材料的磨损表面形貌,并对其磨损机制进行探讨.结果表明:随着纳米碳管质量分数的增加,复合材料的硬度呈现先增大而后减小的趋势,含质量分数为2%的纳米碳管复合材料硬度比铝增加约80%;复合材料的摩擦系数逐渐降低,磨损率先减小而后增大;含质量分数为1%的纳米碳管复合材料磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损,而含质量分数为2%的纳米碳管复合材料以剥层磨损和疲劳磨损为主.     

增强颗粒对铝基复合材料摩擦学性能的影响

采用自制的摩擦磨损试验机考察了增强颗粒对铝基复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明：在基体合金、陶瓷颗粒尺寸和体积分数相同的条件下,SiC增强铝基复合材料的摩擦磨损性能优于Al2O3增强铝基复合材料;增大颗粒尺寸或增加颗粒体积分数均使得SiC颗粒增强铝基复合材料的平均摩擦系数略有降低,耐磨性能提高;在与半金属摩擦材料配副时,颗粒增强铝基复合材料的摩擦系数与基体合金的相近,耐磨性能提高了3个数量级。     

SiCp/Al复合材料增强颗粒尺寸效应的细观分析

运用Voronoi方法建立了反映金属基颗粒增强复合材料(MMCp)微结构的多晶集合体代表性单元(RVE);采用Taylor关系推导了包含颗粒结构尺寸和体积分数参数的位错滑移硬化函数;建立了由300个平均粒度约为20μm的晶粒组成的多晶集合体代表性单元,并对MMCp3.5-5、MMCp3.5-10、MMCp10-5、MMCp10-10四种具有不同粒径和体积分数的铝基SiC颗粒增强复合材料在宏观均匀变形条件下的应力应变响应进行了数值模拟。计算结果表明:复合材料的应力应变模拟曲线与试验曲线吻合得较好,说明所推导的模型和硬化模式能够合理地描述颗粒增强尺度效应的变化趋势;多晶体模型也能够合理地表现复合材料内部应力应变在空间分布上的细观不均匀性。数值模拟结果反映了颗粒增强区承载着较大的载荷份额,而非颗粒存在区(基体)则承受着高达18%的应变,在两个区域的交界处出现了高达310MPa的应力集中,与已有文献试验观测的结果比较吻合。     

仿生叠层构型石墨烯对铝基复合材料的纳米摩擦性能的影响

利用纳米压痕和纳米划痕试验表征了仿生叠层构型铝基石墨烯复合材料(Bio-inspired laminated graphene reinforced aluminum martrix composite, BAMC)与纯铝的力学性能和摩擦磨损性能. 鉴于摩擦力由黏着作用和犁沟作用两分量共同组成,对比探究了BAMC与纯铝在微观摩擦磨损过程中的弹塑性转变过程,分析了黏着作用与犁沟作用在摩擦力中的贡献度,揭示了其微观摩擦磨损机制. 结果表明:相较于纯铝,BAMC的纳米硬度提高了约24%,总摩擦系数(Friction coefficient)降低了约28%,黏着作用分量和犁沟作用分量分别降低了32%和16%. 换言之,复合材料中的异质界面产生异质变形诱导强化,进而增强了应变硬化,使仿生叠层石墨烯铝基复合材料的硬度得到明显提升,并且仿生叠层构型的石墨烯主要通过降低黏着作用来实现减磨. 从微纳米尺度揭示了BAMC的力学性能和摩擦磨损性能显著提升的机理,可为提升其摩擦磨损性能提供理论依据. 目前的工作通过纳米划痕和纳米压痕强调了叠层结构石墨烯的添加对块体复合材料的摩擦性能的影响,并表明仿生叠层构型铝基石墨烯是搭建仿生叠层结构的小尺寸理想增强体.      

聚合物基复合材料摩擦学改性研究新进展

总结了国内外近几十年来聚合物基复合材料摩擦学改性方面的研究新进展情况.通过介绍聚合物摩擦学改性方法包括聚合物共混改性、纤维增强改性,以及纳米材料改性和多元复合改性等,讨论了其对聚合物摩擦学性能的影响,分析了其摩擦磨损机理.分析认为功能性纳米材料及多元复合填料的协同效应能更加有效地改善聚合物基复合材料的摩擦磨损性能,并且在聚合物摩擦学改性方面起着越来越重要的作用.     

缝合复合材料泡沫夹层结构稳定性研究

随着复合材料结构在航空航天领域的应用日渐广泛,非主承力结构壁板趋向于采用高比刚度的泡沫夹层结构。采用缝合工艺虽能提高泡沫夹层结构的面外性能和层间性能,但对泡沫夹层结构其它性能的影响并不明晰。通过压缩稳定性试验对泡沫夹层结构的稳定性进行研究,夹层结构分别采用单向带面板和织物面板。研究对象包括未缝合泡沫夹层结构和不同缝合密度的缝合泡沫夹层结构。试验结果表明:缝合会降低泡沫夹层结构的稳定性,缝合密度增加时,泡沫夹层结构稳定性性能降低。     

复合材料层合板的HOFFMAN塑性区尺寸因子

本文在Hoffman强度准则的基础上,采用复合材料层合板第K层中心穿透裂纹尖端附近的应力分量,得到一个计算复合材料层合板Hoffman塑性区尺寸因子的公式.     

全沙漠砂纤维水泥基复合材料单轴受压尺寸效应试验研究

为探究新疆地区全沙漠砂制备水泥基复合材料ECC(engineered cementitious composite)的可行性,并研究全沙漠砂ECC的单轴受压尺寸效应,在对沙漠砂、石英砂和河砂三种骨料制备的ECC宏观力学性能及微观结构分析比较的基础上,重点对5组不同尺寸的沙漠砂ECC试件进行了单轴压缩性能试验。结果表明：在相同的材料配比下,完全使用沙漠砂制备的ECC,其抗压、抗拉以及抗折强度均与其余两种砂制备的ECC相近,沙漠砂ECC中纤维表面较少的附着物和较为完整的形貌对其发挥桥联作用有益;全沙漠砂ECC单轴受压性能具有尺寸效应;提出的高厚比与抗压强度的关系表达式、不同高厚比的应力-应变全曲线模型均与试验结果吻合较好。     

Stability of Cylindrical Shells Made of Fibrous Composite with Damageable Matrix

The bifurcation stability problem for cylindrical shells made of fibrous composite with damageable matrix is formulated and solved __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 41, No. 6, pp. 105–112, June 2005.     

Stability of Shells of Revolution Made of Fibrous Composite with Damageable Matrix

The bifurcation-stability problem for shells of revolution made of fibrous composite with damageable matrix is formulated and solved. Increase in the damage of the matrix under loading is taken into account __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 41, No. 10, pp. 75–83, October 2005.     

高含量SiC颗粒增强铝基复合材料的增摩特性研究

汽车轻量化是当今汽车工业发展的主旋律.针对制动盘的轻量化,研究了SiC颗粒增强铝基复合材料与摩擦材料干滑动的摩擦行为,并探讨了其增摩的机理.结果表明:随SiC质量百分数从50%增加到55%,最大静摩擦系数增大了约80%.两对摩擦副的静摩擦系数随压力增大均明显增大,随滑动速度提高则呈先增后减的趋势.干滑动摩擦导致的摩擦表面温度升高造成基体软化,增强相脱落,且使得磨损机理由磨粒磨损向黏着磨损转变,从而严重影响摩擦系数的稳定性.     

Influence of the Physical Nonlinearity of the Matrix on the Deformation of a Particulate Composite with Microdamageable Inclusions

The structural theory of short-term damage is generalized to particulate composites with nonlinearly elastic matrix and microdamageable inclusions. The basis for this generalization is the stochastic elasticity equations for a particulate composite with porous inclusions. Microvolumes of the material meet the Huber-Mises failure criterion. The damaged-microvolume balance equation and the equations relating macrostresses and macrostrains of a particulate composite with porous inclusions and physically nonlinear matrix constitute a closed-form system. This system describes the coupled processes of physically nonlinear deformation and microdamage. Algorithms for computing the microdamage-macrostrain relationships and deformation curves are proposed. Uniaxial tension curves are plotted for a particulate composite with linearly hardening matrix__________Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 41, No. 4, pp. 3–11, April 2005.     

Stability of Plates Made of Fibrous Composite with Damageable Components

The bifurcation stability problem for rectangular plates made of fibrous composite with damageable matrix is formulated and solved__________Translated from Prikladnaya Mekhanika,Vol. 41, No. 5, pp. 83–90, May 2005.     

Deformation of Particulate Composite with Physically Nonlinear Inclusions and Microdamageable Matrix

The structural theory of short-term damage is generalized to the case where the matrix of a particulate composite has microdamages and the inclusions deform nonlinearly. The basis for this generalization is the stochastic elasticity equations of a porous-matrix particle-reinforced composite. Microvolumes of the matrix meet the Huber-Mises failure criterion. A balance equation for damaged microvolumes is derived. The balance equation and the equations relating macrostresses and macrostrains of a particulate composite with porous matrix and physically nonlinear inclusions constitute a closed-form system. The system describes the coupled processes of physically nonlinear deformation and microdamage. Algorithms for calculating the microdamage-macrostrain relationship and plotting deformation diagrams are proposed. Uniaxial tension curves are plotted for the case where the material of inclusions is linearly hardening__________Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 41, No. 2, pp. 3–11, February 2005.     

SMA长纤维铝基复合材料的热力学性能

从作者建立的增量型的SMA本构关系出发 ,借助于细观力学的方法 ,推导出了新的长纤维SMA复合材料的增量型细观本构模型 ;应用此模型分析了该复合材料的在循环热载作用下的力学性能 ,尤其是计算了复合材料在不同条件下残余应力的变化 ,这对智能复合材料的设计提供了很大帮助。     

基体开裂的正交复合材料对称层合板的粘弹性力学行为

本文讨论了含有均匀基体裂纹的正交复合材料对称层合板的线性粘弹性力学行为.采用二维剪切滞后模型并对其层间剪应力在厚度方向进行线性假设分布,求得层合板的平均应力应变的线弹性解,利用等效约束模型和经典层合理论可得到层合板因为含有基体裂纹而所引起的刚度退化现象.在弹性-粘弹性对应原理的基础上对其层合板的线粘弹性进行了讨论和研究.结果表明:层合板的松弛模量和蠕变泊松比随着时间的增加而减少,到达稳态后其值基本上是恒值.并跟Zocher的解析解和有限元数值解作了比较,发现结果非常吻合.     

玻璃质无机非金属自润滑复合涂层的研制及其摩擦学性能的考察

作者用熔烧法制备了一种以玻璃相为骨架的自润滑复合涂层。试验结果表明,这种涂层在盐酸和氢氧化钠溶液中的摩擦磨损性能良好。引入过渡层可以改善涂层与底材间的物理匹配,加入氟化物、稀土氧化物(CeO_2)和三氧化二铬对涂层的显微结构和摩擦学性能具有重要影响。CeO_2添加量为3.0％的涂层在摩擦过程中产生的断裂颗粒可能会落入小孔而发生部分滚动,而且小孔中储存的溶液还可以承受部分载荷,因而在本试验条件下这种涂层的摩擦系数最低。