关键词： 陶瓷基复合材料   螺栓   销钉   连接  

摘要： 连续纤维强韧化陶瓷基复合材料(CMCs)是航空航天等领域关键热结构材料,机械连接作为最可靠的连接方式之一,是实现大尺寸复杂CMCs构件连接的重要手段。目前,CMCs连接件的研究正在快速发展,但鲜见有关CMCs连接件的全面综述性文献。本文围绕近年来在CMCs连接件领域的研究工作,归纳了CMCs紧固件的制备及力学性能表征方法,系统梳理和讨论了CMCs紧固件的损伤失效机制,从材料性能和外部环境角度出发,重点阐述了CMCs紧固件力学性能的影响因素和规律,并介绍了CMCs机械连接件相关研究工作,最后对CMCs连接件在损伤规律、失效机制、有限元仿真以及连接可靠性等方面进行了展望。

关键词： 陶瓷基复合材料   金属   异种材料   焊接技术  

摘要： 陶瓷基复合材料因具有良好的抗高温性能,被广泛应用于航空航天、核能等工业领域。随着工程应用中对结构件性能要求越来越高,陶瓷基复合材料与金属材料之间的焊接技术成为陶瓷基复合材料领域的研究热点。本文综述了陶瓷基复合材料与金属之间的焊接技术的研究现状,包括钎焊、扩散焊、自蔓延高温合成焊和熔化焊,可以为陶瓷基复合材料与金属之间的焊接技术研究提供参考。

关键词： 陶瓷基复合材料   超声辅助磨削   磨削力   力建模  

摘要： 超声辅助磨削技术在加工陶瓷基复合材料时具有磨削力小和加工质量高、精度高、效率高等优势。磨削力是影响材料去除量、加工精度和加工质量的关键要素,准确预测磨削力对优化超声辅助磨削陶瓷基复合材料加工工艺具有重要意义。综述了超声辅助磨削加工陶瓷基复合材料的磨削力预测模型发展现状,详细介绍经验建模法、解析建模法以及有限元分析建模法三种典型磨削力建模方法并分析其优缺点,最后对磨削力的影响因素及未来研究作了讨论、总结和展望。

关键词： 均质化法   缠绕型碳纳米管   陶瓷基复合材料   有效力学性能   局部应力分布  

摘要： 以直线型、余弦波型和缠绕型空心碳纳米管增强陶瓷基复合材料的三维特征体积单元模型为研究对象,利用满足精确周期性边界条件的均质化法计算该模型的有效弹性模量和局部应力,分析碳纳米管的几何形状、尺寸和力学特性对碳纳米管复合材料力学性能的影响,并与经典混合法则、Halpin-Tsai法及其他数值模拟的结果进行对比.结果表明:碳纳米管的几何缠绕特性对横向变形有较好的限制作用;缠绕型复合材料的力学性能呈曲线变化,比直线型和余弦波型碳纳米管复合材料更容易受几何特性的影响:缠绕型碳纳米管的最大轴向应力和最大等效应力随碳纳米管外径的增大而增大,但碳纳米管的各向异性会降低碳纳米管的最大应力,导致缠绕型碳纳米管复合材料传递应力的能力减弱;双尺度均质化法和有限元法结合能有效反映力学性能的变化特征,是分析具有复杂微观结构力学性能的有效方法.

关键词： 陶瓷基复合材料   旋转爆震发动机   燃烧室   主动冷却结构   热流密度  

摘要： 为了降低旋转爆震发动机燃烧室壁面温度,设计了陶瓷基复合材料燃烧室主动冷却结构。对燃烧室主动冷却结构的传热特性进行数值模拟,获得主动冷却燃烧室壁面温度响应和温度分布规律。对燃烧室主动冷却结构进行了模型简化,将模拟旋转爆震波获得的不同壁面温度下的热流密度参数加载在冷却模型上,提高了壁面温度模拟的计算效率。结果表明:燃烧室内壁面热流密度随着壁面温度的升高而降低,扩散区的平均热流密度最大;陶瓷基复合材料燃烧室主动冷却结构可以有效降低燃烧室壁面温度,在相同冷却流量下,矩形冷却截面的冷却效果优于圆形冷却截面,可以将燃烧室壁面的温度降到1200 K以下;燃烧室壁面最高温度在燃烧室中段区域。

关键词： 美国国防部   陶瓷基复合材料   新材料研究   变形工艺   金属材料   制造业   高超音速  

摘要： 制造业研究中心由美国国防部支持,致力于推动通过大变形工艺生产陶瓷基复合材料和金属材料。LIFT制造研究中心启动了新一轮项目,旨在开发高超音速武器技术(hypersonics weapons technologies)。

关键词： 陶瓷基复合材料   T型结构件   弯曲载荷   数字图像相关技术   失效分析  

摘要： 为了揭示SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料(CMCs)T型结构件在发动机服役载荷下的失效模式及承载水平,利用数字图像相关技术(DIC)研究了室温及高温环境下T型结构件在弯曲载荷下的失效行为,开展了T型结构件在室温、900℃以及1200℃下的静强度试验。DIC及断口分析结果表明,T型结构模拟件在弯曲载荷下底板首先出现分层,并沿着结合面向外扩展。随着载荷进一步增大,底板和肋板的倒圆位置出现径向裂纹,T型结构件承载能力迅速下降。T型结构件在900℃下的最大承载能力为室温的73.2%,1200℃下的最大承载能力为室温的59.1%。

关键词： SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料   切削去除机理   SiC纤维   切削过程仿真  

摘要： 根据SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料的结构特点构建了二维切削有限元分析模型,发现微裂纹在基体材料的萌生与扩展、增强相纤维对裂纹扩展的阻碍是切削该材料的基本去除方式。单纤维增强SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料切削过程是基体材料的裂纹不断萌生、扩展和增强纤维不断拉断、折断而形成切屑的综合过程,刀具与基体、纤维不断的脱离、接触导致切削力波动大,切削过程呈明显的随机波动特性。SiC纤维的存在对于控制裂纹的形成与扩展具有重要作用,SiC纤维限制了裂纹的扩展长度,使得形成的切屑尺寸较小,有利于提高表面加工质量。

关键词： 碳纤维   碳化硅   高导热   复合材料  

摘要： 作为一种先进的高温结构及功能材料,高效传热和高温耐热相结合对纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(silicon carbide matrix composites,SiC CMC)在热管理领域(thermal management,TM)中的应用至关重要。常见的纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料,如碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(C_(f)/SiC或C_(f)/C-SiC)、碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiC_(f)/SiC)等,增强纤维的石墨化程度较低,难以形成有效的热输运网络。本文综述了纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料制备及高导热性能等方面的最新研究进展。可通过引入高导热相、优化界面结构、粗粒化碳化硅晶体、设计预制体结构等方式提高纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的热输运能力。此外,展望了纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料发展趋势,即综合考虑影响高导热碳化硅陶瓷基复合材料性能要素,灵活运用复合材料结构与性能的构效关系,以期制备尺寸稳定、性能优异的纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料。

关键词： 陶瓷基复合材料   正交各向异性   本构模型   损伤耦合   高温性能  

摘要： 高温各向异性非线性本构关系对陶瓷基复合材料热结构设计具有重要科学和工程意义.为了分析预测2D-C/SiC复合材料在高温平面应力下的应力-应变行为,基于损伤解耦表征方法,考虑材料的损伤耦合效应、非线性和正交各向异性,建立了热力耦合损伤本构模型的理论框架.基于应变分割法,考虑热失配应力、基体开裂、界面脱黏、纤维桥连对卸载模量和残余应变的影响,给出了材料的轴向拉伸和面内剪切应力-应变关系分析模型,并进行了初步试验验证.在材料基本性能表征的基础上,对2D-C/SiC复合材料在不同偏轴角度(15°,30°和45°)和不同环境温度(27℃,973℃,1273℃和1473℃)下的拉伸应力-应变行为进行了模拟预测.结果表明,2D-C/SiC复合材料的应变响应具有显著的温度相关性,随着温度的升高材料的非线性程度降低,而随着偏轴角度的增大材料的非线性增强,不同偏轴角度下材料的表观模量均随着温度的升高有增大趋势;所建立的理论模型可对2D-C/SiC复合材料的应力-应变行为进行合理预测,模拟曲线与试验值具有较好一致性.