高温空气下C/SiC复合材料断裂韧性实时测试和微观结构表征分析

为了研究高温空气下C/SiC复合材料断裂韧性和微观结构,采用单边切口梁三点弯曲法实时测试了C/SiC复合材料在高温空气下的断裂韧性,并采用电子扫描显微镜 (scanning electron microscope,SEM)和X 射线衍射分析仪 (X-ray diffraction, XRD)分析了复合材料在不同温度下的破坏断口和失效机制。研究结果表明随测试温度升高,C/SiC复合材料断裂韧性降低,材料的断裂形式由脆性断裂逐渐演变成塑性断裂。从室温升温到1 000 ℃测试温度条件下,C/SiC复合材料的断裂韧性由12.5 MPa·m1/2降低为10.96 MPa·m1/2,降幅仅为12%,C/SiC复合材料高温断裂韧性良好。不同温度下,材料呈现出不同形式的断裂形貌。常温下断口形貌主要可以看到纤维拔出的现象,随着温度的升高,该现象基本消失,断裂截面变得更平整,材料的强度主要取决于基体的强度。     

碳纤维增韧的陶瓷基复合材料在高温高应变率下的压缩力学行为

利用高温电子万能试验机和具有高温同步自组装功能的Hopkinson压杆对二维C/SiC复合材料 进行了应变率为10-4~103s-1,温度为293~1273K下的单轴压缩力学性能测试。实验结果表明:二维C/ SiC复合材料破坏时并未表现出典型的脆性破坏,而是在应力达到压缩强度时出现了显著的应变软化,在经 历了较大的变形后才最终破坏,同时材料还表现出良好的高温承载能力及一定的温度和应变率依赖性。随着 温度的升高,复合材料的压缩强度呈降低的趋势。与准静态下室温压缩时相比,材料在1273K 时的压缩强 度的降低程度不超过30%,但压缩强度对应变率的敏感性随着温度的升高而增大。由于高温下试样氧化,C/ SiC复合材料压缩强度对应变率的敏感性在温度为1073K时显著增大。     

纳米SiC增强CoCrMo高温抗磨复合材料及摩擦学性能

采用粉末冶金技术制备了纳米SiC陶瓷颗粒(0.0%、1.0%、2.2%和3.4%,质量分数,后面未作特殊说明,均为质量分数)强化的CoCrMo基高温抗磨复合材料,对复合材料的相组成及高温摩擦学性能进行了系统性研究. 在室温至1 000 ℃范围内利用球-盘式高温摩擦试验机测试了材料的高温摩擦学性能. 结果表明:复合材料的基体主要由γ (fcc)和ε (hcp)合金相构成,加入纳米SiC后复合材料出现了MoCr相,这有利于复合材料硬度的提高;纳米SiC提高了复合材料的硬度,同时降低了复合材料的密度;摩擦系数与纳米SiC的含量和温度相关,摩擦系数随纳米SiC含量的增加而增大,室温至800 ℃的摩擦系数整体呈下降趋势,1 000 ℃时含2.2%和3.4% SiC的复合材料具有较低的摩擦系数;高温环境下复合材料的抗磨损性能随纳米SiC含量的增加而显著提高;复合材料的磨损机理在不同温度下存在差异,随着温度升高,磨损机理逐渐由磨粒磨损和塑性变形转变为氧化磨损. 室温至1 000 ℃范围内CoCrMo-2.2% SiC具有较优异的高温抗磨损性能,这主要归因于复合材料的高硬度和磨损表面完整的氧化物润滑层.      

不同结构C/SiC复合材料的摩擦磨损性能研究

采用反应熔体渗透工艺制备了短切纤维C/SiC与三维针刺C/SiC复合材料,在MM-1000型摩擦磨损试验机上考察了2种结构C/SiC复合材料在模拟飞机正常着陆时的摩擦磨损性能.结果表明:短切纤维C/SiC与三维针刺C/SiC刹车盘的平均摩擦系数分别为0.31和0.39,线磨损率分别小于1.2 μm/次以及2.3 μm/次,质量磨损率分别小于14 mg/次与19 mg/次;随着温度的升高,2种结构C/SiC复合材料的热扩散率均降低且较小,从而使得其摩擦曲线出现"翘尾"现象;由于三维针刺C/SiC复合材料在反应熔体渗透过程中纤维受到严重损伤,故在2种结构C/SiC刹车盘对摩时,三维针刺C/SiC刹车盘出现破坏性损坏,而短切纤维C/SiC刹车盘的结构完整性较好.     

三维网络SiC/Cu复合材料在15W油中的摩擦性能

在转速为1 500～7 000 r/min、比压为1.1～3.9 MPa条件下,以65Mn钢为对摩副,以15 W油为冷却介质,研究了三维网络SiC/Cu复合材料在油流量为8 mL/(min·cm2)时的摩擦性能.结果表明,三维网络SiC/Cu复合材料摩擦片的摩擦系数较粉末冶金摩擦片的摩擦系数有大幅度提高;粉末冶金片与三维网络SiC/Cu复合材料片具有不同的失效机制:粉末冶金片的失效机制是表面裂纹和"过铜"(对偶中铜的转移),三维网络SiC/Cu复合材料片的失效机制以"过铁"(对偶中铁的转移)导致的SiC骨架被覆盖而失去作用为主;2种摩擦片与65Mn钢对摩的过程中都伴随着不同程度的氧化磨损.但粉末冶金片的主要磨损机理为磨粒磨损,而三维网络SiC/Cu复合材料片的磨损机理主要表现为"材料转移"导致的黏着磨损.     

极端环境下连续碳纤维增韧的陶瓷基复合材料的力学行为

连续纤维增韧的碳化硅复合材料(以下简称C/SiC),作为超高速飞行器热结构使用时,有可能在高温环境下受到高速撞击的作用,因此,掌握其在极端环境(高温、高应变率)下的力学性能是进行结构安全设计的基础。本文采用具有高温实验能力的分离式Hopkinson杆,在293~1273K温度范围内进行了动态压缩力学性能测试,研究了环境温度和加载速率对材料力学性能的影响。结果表明:C/SiC复合材料的高温压缩力学性能主要受应力氧化损伤和残余应力的共同影响。实验温度低于873K时,应力氧化损伤的影响很小,而由于增强纤维和基体界面残余应力的释放使界面结合强度增大,复合材料的压缩强度随温度的升高而增大;当实验温度高于873K时,应力氧化损伤加剧,其对压缩强度的削弱超过残余应力释放对强度的贡献,材料的压缩强度随温度的升高逐渐降低。由于应力氧化损伤受应变率的影响很大,当温度由873K升高至1273K时,高应变率下压缩强度降低的程度要比应变率为0.0001/s时低得多。     

超高温、大热流、非线性气动热环境试验模拟及测试技术研究

超高温、大热流、非线性气动热环境试验模拟技术及相应的极端高温环境力学测试技术,是高超声速飞行器防热材料和结构安全设计中事关研制成败的关键技术。本文介绍了自行研制的可实现高至210℃/s的极快非线性升温速率、能够生成高达2MW/m2的瞬态非线性热流密度、实现高达1500℃超高温氧化热环境的石英灯红外辐射式气动热环境试验模拟系统。基于这一性能优越的超高温气动热环境试验模拟系统,发展了如下超高温热环境力学测试技术:1)提出对环境光变化不敏感的主动成像数字图像相关方法,实现了C/SiC复合材料1550℃高温变形的非接触、全场光学测量;2)发展了1400℃超高温热/力联合试验环境下SiC/SiC复合材料结构的断裂特性试验测试技术。本文还简要介绍了高速巡航导弹翼面结构900℃高温热振联合试验,950℃高温非线性热环境下的蜂窝结构隔热性试验等研究内容。本文所发展的超高温气动热环境试验模拟技术和高温热环境力学测试技术,对航天航空领域高超声速飞行器的研制具有重要的军事工程应用价值。     

三维网络SiC增强铜基复合材料的干摩擦磨损性能

用销—盘式高温摩擦磨损试验机研究了85Cu—6Sn—6Zn—3Pb合金及三维网络SiC增强铜基复合材料的干摩擦磨损性能，测量了铜合金及不同体积分数的复合材料在不同温度及载荷下的摩擦系数和磨损率；用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌，并分析了三维网络SiC对铜合金磨损机制的影响．结果表明：复合材料的耐磨性远优于铜合金，而且随着三维网络SiC体积分数、温度及载荷的增加，复合材料的抗磨损性能明显提高；这种新型复合材料的摩擦系数随载荷变化保持稳定，在很宽的温度范围内，摩擦系数的稳定性均优于铜合金．这是由于三维网络SiC在磨损表面形成硬的微突体并起承载作用，同时其独特的结构制约了基体合金的塑性变形和高温软化，有利于磨损表面氧化膜的留存．这种复合材料作为传动及制动用摩擦材料具有明显的优越性．     

短切碳纤维C/SiC陶瓷基复合材料的动态劈裂拉伸实验

为了探究C/SiC陶瓷基复合材料的动态断裂力学行为和破坏形态,利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)装置对3种不同短切碳纤维体积分数的C/SiC陶瓷基复合材料进行了动态劈裂实验,并利用扫描电子显微镜扫描了C/SiC复合材料试件的破坏界面,分析了C/SiC陶瓷基复合材料的失效特征和增韧机理。实验结果表明:C/SiC复合材料在冲击劈裂实验过程中,同一短切碳纤维体积分数下试件的动态抗拉强度随着冲击气压的增大而增大; 短切碳纤维体积分数为16.0%时, 材料的抗拉强度最低; 冲击后,试件的整体破坏情况与冲击气压、短切碳纤维体积分数有关。     

NiAl-Cr(Mo)-Cr_xS_y自润滑复合材料的摩擦磨损特性

采用滑动磨损试验方法测试了NiAl-Cr(Mo)-CrxSy自润滑复合材料与SiC陶瓷配副在110～960℃的摩擦磨损特性.结果表明:200～400℃,纳米CrxSy晶粒在复合材料摩擦表面形成较完整的润滑膜,产生自润滑性能;700～900℃,复合材料摩擦表面生成了1～3μm厚、完整的玻璃陶瓷润滑膜,产生了自润滑耐磨性能.2种润滑膜材料均可向SiC表面转移,消除了复合材料/SiC的摩擦状态.随着温度的升高,2种润滑膜材料的强度降低,SiC微凸体压入润滑膜,导致润滑膜的剥落加剧,复合材料的摩擦系数与磨损率升高.     

大学物理《力学》中的自由度分析

对《力学》中的物体自由度进行多方面分析,以深化教学、提高学生正 确分析物理问题的能力.使用实际教学分析的研究方法,在《力学》范围内讨论自由度与坐标、 自由与约束的关系并得以下结论: (1) 同一物体的自由度随其所在的``空间'不同而不同, 不因坐标系的选取不同而 异, 在同类参考系中不因参考系的动静而有别;(2)自由度遵循叠加原理. 讨论了质点系的总自由度及相关计算问题,并指出研究《力学》中自由度的意义.     

两自由度振动系统的斜碰撞分析

研究斜碰撞振动系统动力学的一个关键问题是对系统在碰撞前后的状态进行合理描述和正确计算．针对两弹性体斜碰撞问题，基于瞬间碰撞假设，提出了采用步进冲量来分析和求解斜碰撞前后的状态关系；并以弹簧摆和振子组成的两自由度斜碰撞振动系统为例，具体介绍了该算法如何实现．用解析方法讨论了该系统在斜碰撞过程中可能出现的各种力学现象，将冲量步进算法得到的数值解与解析结果进行对比，取得了完全一致的结果．该数值方法能适应多种斜碰撞问题的计算．     

Application of the theory of branching of solutions of nonlinear equations in the estimation of pole perturbance of linear closed-loop systems

When the state and input matrices of a multivariable linear time-invariant system are perturbed, the problem of the estimation of pole perturbance of closed-loop system is considered by making use of the theory of branching of solutions for nonlinear equations.     

The distribution of zeroes of solutions of neutral equations

1.IntroductionThestudyofoscillator}'behaviorofneutraldifferentialequationsisarelativealnewfieldandisveryinterestinginapplications.Inrecentyears.theoscillatorytheoryfortheseequationshasbeenextensivelydeveloped.WerefertotherecentbookbyGyoriandLadaSI'I,Baino…     

SWT-120风洞稳定段的性能测量

在普通超音速风洞中,由于受到噪声干扰,很难进行有效的边界层转捩特性试验研究,针对超声速流动特点发展较低噪声风洞十分必要,而稳定段设计的好坏直接影响到下游试验段噪声水平。本文介绍一座低噪声风洞稳定段的结构和性能测量结果。先对稳定段的结构设计做了简单介绍,然后对实验结果进行分析,实验结果表明在大角度扩散段内装置孔锥,稳定段安装消音夹层和阻尼网组等部件后,气流的速度脉动和压力脉动明显降低,其中压力脉动降低一个量级,速度脉动为1%。进一步优化设计和改进工艺,速度脉动还可进一步降低。测量结果表明SWT-120稳定段的设计是成功的,对我们以后发展更高性能的静风洞有借鉴和参考价值。     

CHARACTERISTICS OF SUBDIFFERENTIALS OF FUNCTIONS

ＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＳＴＩＣＳＯＦＳＵＢＤＩＦＦＥＲＥＮＴＩＡＬＳＯＦＦＵＮＣＴＩＯＮＳ（郭兴明）ＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＳＴＩＣＳＯＦＳＵＢＤＩＦＦＥＲＥＮＴＩＡＬＳＯＦＦＵＮＣＴＩＯＮＳ￥ＧｕｏＸｉｎｇｍｉｎｇ（ＲｅｃｅｉｖｅｄＪｕｎｅ１６，１９９５...     

综合管廊早龄期混凝土温度应力仿真模拟

以汉中市综合管廊为工程背景,通过有限元软件,首先模拟分析综合管廊早龄期温度场,随后将温度场结果附加到管廊结构中求解温度应力,从而分析综合管廊早龄期混凝土温度应力与浇筑长度的关系。模拟分析发现:综合管廊在混凝土浇筑早期,温度场沿长度方向变化不显著,且随着浇筑长度的增加,温度场不变;在墙体温度上升阶段,墙体内部沿长度方向的应力主要为压应力,当墙体混凝土内部温度达到最高,混凝土开始降温,结构内变形由膨胀逐渐变为收缩,内力由压应力逐渐变为拉应力,随着时间的变化,墙体内外温差趋于稳定,墙体温度应力也逐渐平稳,此时温度应力主要受外界环境变化影响;当综合管廊浇筑长度在60m范围内,浇筑长度越大,温度应力越大,但当浇筑长度超过60m,温度应力不再增加。     

Evolution of viscoelastic properties of polyurethane in the course of curing

Simultaneous measurements of the components of dynamic modulus at the set of frequencies were made by Fourier-Transform Mechanical Spectroscopy (FTMS) to investigate the curing process of a segmented polyurethane.The whole process of curing is treated as consisting of three stages. In the first stage, the material can flow and this stage is complete at the gel-point. In the second stage, the curing proceeds in the network and ends with phase separation of aggregating segments (blocks) of polymeric chains. In the third stage, the curing continues in the two-phase system. The object of investigation was the transition from the second to the third stage. It was shown that the position of the maximum of loss tangent depends on frequency and does not coincide with different characteristic points marking the time dependencies of G and G. This is due to the formation of micro-particles of the newly formed phase. The FTMS method is used for separation of the modulus changes into parts related to formation of chemical and physical networks.Special means of treating calorimetric measurements identified a weak maximum heat output at the moment corresponding to the transition point.     

A kind of nonlinear oscillations of single degree of non-autonomy system

In this paper we use the method of derivative expansion of multiple scales of singularperturbations and we have solve the forced vibration equation of a particle attached to anonlinear spring under the influence of slight viscous damping.The problem is of the fourthorder nonlinearity.Tle four cases discussed are: the soft excitation of non-resonance,thehard excitation of non-resonance,the soft excitation of resonance,the hard excitation ofresonance.