关键词： 天线罩   电磁透波   陶瓷纤维   陶瓷基复合材料   界面  

摘要： 高速飞行器的飞行马赫数不断提高,位于其前端的天线罩部件对高温透波材料提出了迫切需求。本文综述了近年来耐温1300℃以上电磁透波材料体系(包括透波陶瓷增强体、透波陶瓷基复合材料和透波涂层等)以及新型制备工艺(包括快速烧结技术和3D打印技术等)的研究进展,同时介绍了本团队在相关领域的最新研究工作,指出高温透波领域还存在新型连续透波纤维成本高昂、高温透波领域可用材料体系较少及透波材料高温下透波与烧蚀性能演变规律尚不明确等问题,最后对高温透波领域在透波纤维工艺优化、新型高温透波材料预测、透波材料使役性能分析与评估等方面未来的发展趋势做了展望。

关键词： 陶瓷基复合材料   L形构件   承载性能   破坏过程   强度分析   准静态加载  

摘要： 本文基于图像重构技术,构建了陶瓷基复合材料代表性体积单胞及L形构件的有限元模型,预测了陶瓷基复合材料的弹性模量。通过试验和数值仿真,研究了强制拉伸位移作用下L形构件的承载性能及破坏过程。结果表明,在缺陷对构件承载性能的影响规律方面,仿真结果与试验结果一致性较好,两者相差约10%。L形构件内侧圆角区域主要承受拉伸作用,外侧主要承受压缩作用。内侧缺陷影响试样的承载性能,承载性能随缺陷面积的增大而降低;而外侧缺陷会影响试样的破坏过程,微观缺陷会扩展为宏观破坏,以材料脱层为主。本文的研究方法与结果可为陶瓷基复合材料典型构件承载性能的测试与分析提供参考。

关键词： 陶瓷基复合材料   碳化硅纤维   2.5D结构   细观模型   织造方法  

摘要： 碳化硅纤维增强碳化硅基体(SiC/SiC)复合材料其优异特性是航空发动机热端高温部件的理想材料。作为SiC/SiC复合材料的增强相,SiC纤维预制体的设计与织造决定构件可靠性和承载效率的关键环节。2.5D结构由于可设计性强,成本低,成型简单,产业化可实现等特点而广泛应用于预制体织造。本文介绍了碳化硅纤维可织性研究,归纳了2.5D角联锁的几种结构方法,阐述了2.5D角联锁织造关键技术等问题,最后提出了在该领域应解决的问题和主攻方向。

关键词： 图像处理   陶瓷基复合材料   X射线计算机断层成像   网络拓扑  

摘要： 陶瓷基复合材料作为一种新型复合材料,在航空航天、能源等领域得到广泛关注。但裂纹、空隙等会影响陶瓷基复合材料的热机械性能。为了解决上述问题,本文首先提出一种基于X射线断层图像的智能化学品质检测系统设计与实现。其次系统使用XCT设备,工作站、服务器和网络设备等搭建,并采用了数字相关和一些专用的图像处理算法,提出一种新的基于DVC方法来检测材料的裂纹。最后,本方法用SiC/SiC陶瓷基复合材料做了测试,结果表明:系统能较好地对缺陷做出分析。

关键词： 陶瓷基复合材料   泊松比   Mini复合材料模型   热残余应力  

摘要： 泊松比是材料及其结构力学性能分析的重要参数之一。本文旨在研究2D-C/SiC复合材料主泊松比的非线性演化行为。首先,基于Mini复合材料模型与正交层压板模型,考虑纤维的横观各向同性性质,建立了2D-C/SiC复合材料的热残余应力计算模型;其次,应用剪滞理论与经典层压板理论,考虑材料的损伤与热残余应力释放机制,建立了2D-C/SiC复合材料的主泊松比计算模型;最后,通过试验表征了材料的应变响应及泊松比演化规律,并对理论模型进行了分析验证。结果表明,2D-C/SiC复合材料内部热残余应力较大,拉伸损伤过程中的热残余应力释放是负泊松比产生的原因;应力-应变曲线及泊松比演化曲线的模型预测结果均与试验曲线吻合较好,表明了理论分析模型的准确性与合理性。

关键词： 陶瓷基复合材料   复合型断裂   有限元模型   应力强度因子   断裂准则  

摘要： 为了表征2D-C/SiC复合材料的Ⅰ-Ⅱ复合型断裂性能,采用了含单边裂纹Arcan蝶形试样,通过有限元模型分别对试样的Ⅰ型和Ⅱ型断裂形状因子进行了标定。应用Arcan圆盘装置对2D-C/SiC蝶形试样开展了Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅰ-Ⅱ复合型断裂试验,研究了试样在不同加载路径下的宏-细观断裂模式和强度性能。结果表明,2D-C/SiC复合材料Ⅱ型断裂韧度比Ⅰ型高;随着偏轴加载角度的增大,裂纹扩展路径受剪应力的影响变得显著,且试样的抗断性能有增强趋势。对几种断裂判据的适用性进行了论证,给出了2D-C/SiC复合材料的Ⅰ-Ⅱ复合型断裂表征模型。

关键词： 陶瓷基复合材料   紧固件   连接   制备   力学性能   氧化  

摘要： 连续纤维增韧碳化硅复合材料(CMC-SiC)热结构部件已广泛应用于航天、航空、航发领域,该部件通常采用组合装配集成制造技术研制,发展新型高性能CMC-SiC紧固件制备技术是推动部件制造技术的关键之一。本文从组装集成制造技术需求特点出发,阐述了CMC-SiC紧固件的类别、制备技术和微结构特点,分析了CMC-SiC复合材料对CMC-SiC紧固件力学性能的制约关系,总结了CMC-SiC机械连接剪切行为、钉载分配和拉伸行为的研究现状,揭示了CMC-SiC紧固件静态力学性能及其失效机制。进一步分析了CMCSiC紧固件振动松弛机制及其防松措施,探讨了氧化损伤对CMC-SiC紧固件性能的影响。据此,从预制体结构设计、制备工艺和紧固件结构角度,提出了CMC-SiC紧固件性能优化途径,最后展望了CMC紧固件制备技术及其连接性能的发展。

关键词： 承载吸波一体化   陶瓷基复合材料   界面优化   强韧化  

摘要： 采用化学气相渗透工艺制备SiC纤维增韧Si_(3)N_(4)基复合材料(SiCf/Si_(3)N_(4)),通过调节BN界面层厚度对其力学性能进行优化,利用透射电镜和扫描电镜对其微结构进行表征,结合有限元分析阐明力学性能演变规律。结果表明:随着BN界面层厚度从290 nm增加到550 nm,复合材料的弯曲强度从(190±39)MPa提高到(317±28)MPa,断裂韧度从(7.3±1.6)MPa·m^(1/2)提高到(14.7±0.5)MPa·m^(1/2),拉伸强度从(89±3)MPa提高到(176±17)MPa;随着BN界面层厚度的增加,纤维所受到的残余应力快速变小,应力失配得到有效缓解,材料表现出更好的力学性能。

关键词： 陶瓷基复合材料   FE-PDM   本构关系   损伤演化  

摘要： 本文提出一种用于预测复杂应力状态下叠层C/SiC损伤破坏的有限元渐进损伤方法(FE-PDM),并提出与试验载荷—位移曲线、损伤等进行对比、迭代并最终确定模型参数的反演方法。FE-PDM方法包括基于应变控制的3D失效准则,正交各向异性多线性本构关系,基于刚度矩阵的损伤因子耦合方法,以及预测分层的内聚力方法。通过2D叠层C/SiC的面内拉伸、面内剪切、三点弯曲试验分别验证了FE-PDM方法,并分别采用扫描电子显微镜及X射线技术对试样断口形貌和内部损伤进行了分析。结果表明,通过较少的控制参数,FE-PDM方法可精确地预测2D叠层C/SiC各阶段的应力—应变曲线拐点、损伤起始与演化过程及载荷—位移响应曲线等,并与试验结果吻合良好。

关键词： SiCf/SiC陶瓷基复合材料   数字图像相关方法(DIC)   力学性能   高温测量   高温散斑  

摘要： SiCf/SiC陶瓷基复合材料具有低密度、耐高温、高比强度等优异特性,是新一代先进航空发动机热端部件的理想材料。为实现SiCf/SiC复合材料在服役环境下的可靠应用,亟须开展复合材料力学行为表征研究。与引伸计、应变片等其他测试方法相比,数字图像相关方法(digital image correlation,DIC)具有非接触式、全场测量和可操作性强等优点,能够实现对复杂耦合环境下复合材料损伤断裂等力学行为的原位表征,因而受到广泛关注。本文系统梳理和总结DIC在SiCf/SiC复合材料室温拉伸、弯曲、爆破等力学测试中的应用进展,介绍DIC在SiCf/SiC复合材料力学加载过程的高温测量,最后对应用于SiCf/SiC复合材料的DIC表征技术进行了总结及展望。