关键词： 陶瓷基复合材料   纤维增强   组分材料   就位力学性能  

摘要： 陶瓷基复合材料具有高比强度与比刚度、耐高温和抗氧化等多种优势，在航空航天领域得到了广泛应用。由于复合材料的制备需要进行多次高温处理,使得组分材料的就位力学性能，即在服役环境下的实际力学性能与未处理的材料差异较大，而复合材料宏观力学性能由其组分材料就位力学性能决定，目前还难以通过试验手段直接获取所有组分材料的就位力学性能。因此，结合传感信息采用参数辨识方法来获取材料的就位力学性能具有重要价值。本文以典型的陶瓷基复合材料 2D C/SiC 为研究对象，基于自洽聚类分析（Self-consistent Clustering Analysis，SCA）与动态贝叶斯网络（Dynamic Bayesian Network, DBN），开展了组分材料就位力学性能辨识工作。　　（1）基于 SCA 方法建立了 2D C/SiC 复合材料宏观力学性能的快速预报模型。从弹性力学基本方程出发，引入参考材料改写材料本构方程，推导出了离散形式的Lippmann-Schwinger方程。为了提高SCA方法的求解效率，采用k-means算法，并基于应变集中张量对网格单元进行聚类，降低求解时的自由度。将 SCA 方法应用于宏观拉伸模量的预报，与传统有限元方法（Finite Element Method,FEM）相比，计算效率提高了约 6500倍，计算误差为2.18%;进一步将SCA方法应用于宏观拉伸强度的预报，计算效率相比于FEM提高了近31000倍，预报结果与三组试验结果的最大误差为6.64%。最后，通过更改聚类数量，验证了将SCA方法用于刚度及强度预报的收敛性。　　（2）结合敏感性分析与动态贝叶斯网络实现了组分材料就位力学性能关键参数的辨识。通过敏感性分析确定了影响复合材料宏观力学性能的关键参数为：纤维束纵向拉伸模量、纤维束纵向拉伸强度、纤维束横向拉伸强度、基体强度。考虑到应力具备时序特征，在采用动态贝叶斯网络进行参数辨识时，根据不同关键参数的时序敏感性区间，利用时序的载荷信息对不同参数进行逐一辨识，提高了辨识结果的精度及稳定性。最后，通过数值算例对辨识方法进行了验证，4个关键参数辨识结果的均值与真实值的误差最大为2.68%。　　（3）对比分析了宏观试验结果与辨识后的组分材料就位性能预报结果，证明了辨识方法的有效性。首先，基于显微观测图像，建立本文所研究的 2D C/SiC 细观尺度代表性体积单元（Representative Volume Element，RVE），在纤维束和基体聚类数量均为 32的条件下进行聚类，生成降阶模型。然后，设计并开展了 2D C/SiC 复合材料单轴拉伸和压缩试验，得到相应的试验曲线及力学性能参数。对于单轴拉伸试验，基于时序应力对关键参数进行辨识，计算的复合材料拉伸强度与试验强度误差为3.28%。对于单轴压缩试验，利用宏观压缩模量对其关键影响参数进行了辨识，材料压缩模量计算结果与试验结果的误差为1.39%。最后，结合遗传算法，将本文提出的组分材料就位力学性能辨识方法用于简单的复合材料宏观性能设计，实现了通过纤维束纵向拉伸模量、纤维束纵向拉伸强度、纤维束横向拉伸强度、基体强度共4个参数对复合材料宏观拉伸强度和断裂应变的优化设计。

关键词： 透波罩   非回转体   陶瓷基复合材料   磨削力模型   精度分析  

摘要： 透波罩是超高速飞行器的关键部件,承担着保护内部天线的任务,为保证信号顺畅传输与接收,需要对透波罩内廓面进行磨削,通过调整透波罩的几何厚度来改善透波罩的电性能。现有的透波罩内廓面磨削装备只针对回转体透波罩,不能满足非回转体透波罩的磨削需求。本文以非回转体透波罩内廓面的高精密磨削需求为出发点,确定了非回转体透波罩内廓面的测量磨削一体化磨削方式,建立了非回转体透波罩的磨削力模型,对非回转体透波罩的磨削加工精度进行了定量化分析,具体研究内容如下: （1）确定了非回转体透波罩内廓面的磨削方式:根据非回转体透波罩内廓面的磨削需求,分析了非回转体透波罩的结构特性,确定了透波罩材料的宏观力学性能,选择了磨削非回转体透波罩内廓面的砂轮,规划了磨削轨迹,根据所选用的机床确定了非回转体透波罩内廓面的测量磨削一体化流程。 （2）建立了非回转体透波罩的磨削力模型:分析了非回转体透波罩在脆性域磨削下的材料去除方式,计算了考虑工件曲率变化与凹凸性的砂轮与工件的接触面积,求出了单颗磨粒与工件的动态接触弧长,确定了磨削区域的有效磨粒数,建立了非回转体透波罩脆性域磨削下的磨削力模型,发现磨削力随着凹曲面曲率半径的减小,凸曲面曲率半径的增加,磨削深度的增加,进给速度的增加,砂轮速度的降低逐渐增加,各因素对磨削力的影响程度为磨削深度>工件曲率>进给速度>砂轮速度。 （3）对非回转体透波罩内廓面的磨削精度进行了定量化分析:发现随着走刀步长的增加和工件曲面曲率半径的减小,砂轮磨削透波罩的表面残留高度逐渐增加,确定了磨削时的走刀行距为0.5mm,明确了测量时进给速度最好控制在160mm/min以下;测出了不同砂轮转速下的砂轮直径补偿值;分析了主轴变形对加工精度的影响机理,测出了不同磨削力下的主轴变形值,计算出由机床定位误差带来的加工误差最大为0.0341mm。 （4）开展了透波罩样板件的磨削试验,将试验所得结果与通过磨削力模型求出的结果进行对比,平均误差为17.4%,对修正系数进行了优化,优化后磨削力模型的预测值与试验得出的磨削力值之间的复相关系数Rcorr2=0.91。选择回转体透波罩与非回转体透波罩代表性曲率一致的曲面进行测量磨削一体化加工,磨削误差在±0.08mm以内,同时对圆筒件进行了磨削并在三坐标测量机上进行了测量,磨削误差为0.02mm。 本文建立了非回转体透波罩的磨削力模型,对非回转体透波罩内廓面的磨削精度进行了定量化分析,对实现非回转体透波罩内廓面的高精磨磨削具有重大意义。

关键词： 制备方法   力学性能   抗氧化性能   抗热震性能  

摘要： ZrB_(2)-SiC陶瓷基复合材料作为一种超高温陶瓷,其主要应用在如飞行器的鼻锥、机翼等部位和一些环境恶劣的工况,已成为了各国研究的重点高温材料之一。主要论述了ZrB_(2)-SiC陶瓷基复合材料的制备方法,对其在使用上所涉及的力学性能、抗氧化性能、抗热震性能作了简单的介绍,并对超高温陶瓷未来的发展进行了展望。

关键词： 声发射   计算机断层扫描   损伤模式   陶瓷基复合材料  

摘要： 基于声发射(AE)信号和计算机断层扫描(CT)成像技术,开展了高温复合材料的内部损伤状态分析。通过声发射技术获得复合材料损伤时的宏观应力波信号,分析得到声发射信号的频率等波形特征参数;通过计算机断层扫描得到复合材料结构内部微细观三维损伤图像,判断存在的损伤类型。结果表明,不同工艺陶瓷基高温复合材料在拉伸载荷下,内部会产生不同类型的损伤,纤维束与基体之间的脱黏开裂所对应的声发射信号特征频率为44 kHz,基体失效的特征频率为150 kHz,纤维束断裂损伤的特征频率为250 kHz。

关键词： CMC-SiC   制备技术   应用进展  

摘要： 随着航天航空领域的不断发展,急需发展轻质、高强韧、耐高温、长寿命、抗烧蚀、抗氧化的碳化硅陶瓷基复合材料(CMC-SiC),以满足航空发动机愈加苛刻的服役要求。本文介绍了CMC-SiC的特点和制备技术,综述了CMC-SiC在国内外的应用进展。

关键词： 陶瓷基复合材料   界面层   断裂韧性   拉伸强度  

摘要： C/SiC复合材料的损伤失效行为与内部微细观组分的原位力学性能的密切相关。本文通过多尺度建模结合渐进损伤分析,研究了微观界面层断裂韧性对C/SiC宏观拉伸强度的影响。微观渐进损伤分析表明不同界面层韧性可以产生两种损伤扩展模式,显著改变纤维束横向拉伸和轴向剪切强度值;基于三维Hashin准则的细观损伤分析进一步表明会对C/SiC的宏观拉伸强度产生8.2%的影响。本文的结果可以为C/SiC复合材料失效分析及优化设计提供支撑。

关键词： 吸波材料   陶瓷基复合材料   机械性能   结构设计  

摘要： 吸波材料是一类将电磁能转化为其他形式能量而耗散掉的功能材料。陶瓷基吸波复合材料在机械性能、耐腐蚀性和高温稳定性等方面均表现优异,有望同时实现稳定的力学性能和吸波性能,在电磁屏蔽技术和雷达隐身技术中有重要的应用前景。简述了吸波材料的设计原理,阐述了陶瓷基吸波复合材料近年来的研究进展,包括各类吸波剂的作用以及优缺点、各类陶瓷基体的制备工艺和结构设计对材料的影响等,探讨了影响陶瓷基吸波复合材料吸波性能和力学性能的关键因素和调控手段。最后,对陶瓷基吸波复合材料未来的研究方向及面临的挑战进行了展望。

关键词： SiC陶瓷基复合材料   制备工艺   连接工艺   核性能  

摘要： SiC陶瓷基复合材料因其优异的高温性能和核性能,极可能成为第四代反应堆包壳材料的候选材料之一。在核反应堆恶劣的服役环境下,制造出满足工业应用的SiC管较为困难,因此需要对其制备与连接进行研究。本文简述了目前用于核用SiC陶瓷基复合材料的制备工艺(化学气相渗透、先驱体浸渍裂解、和纳米渗透瞬态共晶工艺)以及对其连接工艺(钎焊、陶瓷先驱体连接、纳米浸渍瞬时液相连接与玻璃陶瓷连接)的研究现状,并对未来SiC陶瓷基复合材料在核应用中的前景进行了展望。

关键词： 第6代战斗机   自适应发动机   俄罗斯   二元推力矢量喷管   三涵道结构   3D打印   陶瓷基复合材料  

摘要： 为全面了解和掌握国外第6代战斗机发动机的研制历程和先进技术,基于有限资料综述了俄罗斯第6代战斗机发动机技术发展路线与关键技术的最新进展。俄罗斯第6代战斗机发动机的构型已经基本明确,关键技术也已基本明确并开始筹划。关键技术包括三涵道自适应循环、二元推力矢量喷管、陶瓷基复合材料(CMC)部件、3D打印等。