基于ABAQUS的复合材料低速冲击损伤分析

目的分析不同冲击能量对复合材料层合板的损伤情况,验证有限元模型的合理性和有效性。方法以CCF300/10128H型碳纤维树脂基复合材料层合板为研究对象,采用落锤冲击试验机对层合板进行冲击实验,然后对冲击后的试验件进行超声C扫描。建立有限元模型,运用ABAQUS软件对冲击过程进行模拟。结果有限元模拟结果与实验结果吻合良好。结论复合材料层合板内部损伤随着冲击能量的增大而快速变大。出现穿透损伤以后,损伤趋于平缓,有限元模型能够较好地预测复合材料低速冲击损伤。     

热塑性复合材料高速冲击时不同失效模式对比分析研究

目的准确地对热塑性复合材料前缘结构进行抗鸟撞冲击设计。方法首先基于刚度退化、材料塑性及应变率影响的复合材料本构关系,通过霍普金森拉-压杆测试得到热塑性复合材料的动力学性能参数。基于不同的失效模式,采用PAM-CRASH显式有限元法,针对运输类飞机热塑性复合材料机翼前缘结构在高速冲击时的破坏形式进行对比分析研究。结果热塑性复合材料较其他复合材料在临界拉伸损伤极限值和纵横向及屈服应力的率相关性上具有更好的性能。冲击分析时,失效应变应考虑材料破坏瞬间的强化效应。剪切应变取值为0.1左右时,前缘结构计算仿真失效的结果与试验结果一致性较高,应变误差仅为6.2%,破坏尺寸误差为4.9%。结论在复合材料失效参数较复杂的情况下,抗冲击设计可将拉伸、压缩、剪切及层间失效等多目标优化设计简化为等效剪切应变失效的单目标优化,此方法可推广应用于其他类型复合材料的抗冲击设计。     

Cf/SiC 复合材料表面 HfO2涂层的制备及其抗热冲击性能研究

目的研究等离子喷涂条件下Cf/SiC复合材料表面HfO_2涂层的物相、显微组织及其抗热冲击性能。方法通过水热合成和喷雾造粒制备出HfO_2粉体,并利用等离子喷涂在Cf/SiC复合材料表面制备HfO_2涂层,研究涂层的物相、显微组织和抗热冲击性能。结果水热合成的纳米HfO_2为单斜相结构,颗粒的平均粒径为10~15nm;等离子喷涂制备的HfO_2涂层组织中存在微裂纹和孔隙,涂层为单斜相结构,且经1350℃热处理后涂层的相结构未发生改变。等离子喷涂的HfO_2涂层与Cf/SiC复合材料基体结合良好,未观察到涂层、基体间界面分离的现象。经1350℃、50周次的空冷热冲击试验后,涂层未发生破坏失效;在1350℃水冷热冲击条件下,热循环20次时涂层表面出现剥落,27次时脱落面积50%。结论通过等离子喷涂制备的HfO_2涂层与Cf/SiC复合材料基体结合良好,涂层能够抵御1350℃空冷、50周次热冲击,且未发生破坏失效,涂层的1350℃水冷热循环寿命达27次。     

温度对编织复合材料层合厚板冲击性能的影响研究

目的 研究室温和低温下编织复合材料层合厚板的冲击性能。方法 通过开展低速冲击试验和冲击后的压缩试验,对冲击响应曲线、冲击损伤容貌、压缩失效模式和剩余压缩强度进行分析,探讨冲击时的环境温度对编织复合材料层合厚板冲击性能的影响。结果 冲击后的编织复合材料层合厚板存在凹坑、分层、基体裂纹和纤维断裂等多种失效模式,压缩失效模式主要表现为横贯冲击损伤区域截断式破坏失效。结论 低温环境增强基体强度,降低了复合材料的冲击损伤程度,从而提高编织复合材料结构的剩余压缩强度。     

纤维增强复合材料低速冲击损伤模型的建立及验证

目的分析纤维增强复合材料在低速冲击下的损伤机理,更好地对材料的冲击损伤进行预测。方法建立包含界面相的细观力学模型,在此基础上结合冲击对复合材料的影响,建立单层板的宏观冲击模型。最后通过试验和有限元模拟对模型进行验证。结果有限元模拟得到的结果与实验得到的结果吻合得很好。结论从细观力学层面出发建立的冲击模型能够很好地预测纤维增强复合材料的冲击损伤。     

腐蚀损伤结构复合材料修补构型优选试验研究

设计了模拟含腐蚀损伤和机械损伤的铝合金结构复合材料修补试验件,开展了各种修补构型预腐蚀的静拉伸试验.通过对比分析,获得了腐蚀环境下最佳复合材料修补构型设计,为严酷腐蚀环境与载荷环境下海军飞机金属结构腐蚀损伤和机械损伤的复合材料修补设计提供了指导.     

空间环境下碳纤维/双马树脂基复合材料的性能演化及损伤机理

目的基于碳纤维/双马树脂基(CF/BMI)复合材料在航天结构材料中广泛的应用前景,研究其性能演化及损伤机理,为评估与预测其在空间环境下的服役性能及寿命提供理论依据。方法利用地面试验装置模拟不同的空间环境因素包括真空热循环、质子辐照和电子辐照,利用动态力学分析(DMA)、热重分析(TGA)、X射线光电子能谱(XPS)、热膨胀分析、原子力显微镜(AFM)和力学性能测试等手段系统地研究CF/BMI复合材料在空间环境下的性能变化及损伤行为。结果真空热循环能够引发复合材料产生脱气行为与界面脱粘效应,使其横向拉伸强度退化,弯曲强度和层间剪切强度受到热循环初期固化交联作用的影响,呈现先升高后降低的变化趋势。质子辐照导致材料表面层化学键断裂及碳化,使力学性能及热性能受到一定程度的损伤。电子辐照能够引发辐照交联和辐照降解作用,在较高束流量辐照下降解作用占据主导地位成为复合材料力、热性能退化的决定性因素。结论预期研究成果为CF/BMI复合材料在空间环境下的服役性能及寿命的评估与预测提供了必要的理论依据。     

C/C-SiC-ZrB2复合材料表面SiC/ZrB2-SiC/SiC涂层的制备及抗氧化烧蚀性能研究

目的研究C/C-SiC-ZrB_2复合材料表面SiC/ZrB_2-SiC/SiC涂层的制备、抗氧化烧蚀性能与机理。方法选择ZrB_2和SiC改性的C/C复合材料为基体,通过包埋-刷涂法在C/C-SiC-ZrB_2复合材料表面制备了SiC/ZrB_2-SiC/SiC多重抗氧化涂层,并对复合材料的微结构、抗氧化烧蚀性能与机理进行分析和研究。结果制备了一种三层结构的SiC/ZrB_2-SiC/SiC超高温陶瓷复合涂层,获得了风洞考核试验下的复合材料微结构变化、线烧蚀率等试验数据,并得到了C/C-SiC-ZrB_2复合材料的氧化烧蚀机理。结论 SiC/ZrB_2-SiC/SiC涂层对C/C-SiC-ZrB_2复合材料的抗氧化和耐烧蚀性能具有明显提升,有效提高了C/C-SiC-ZrB_2复合材料的综合热防护性能。     

HfB2-HfC-SiC 改性 C/C 复合材料的超高温烧蚀性能研究

目的制备HfB_2-HfC-SiC复相陶瓷改性C/C复合材料,并探究该材料的超高温烧蚀性能。方法采用化学气相渗透结合前驱体浸渍热解工艺制备HfC-SiC复相陶瓷改性C/C复合材料(C/C-HfC-SiC)和HfB_2-HfC-SiC复相陶瓷改性C/C复合材料(C/C-HfB_2-HfC-SiC),采用大气等离子烧蚀实验研究材料的超高温烧蚀性能。结果C/C-HfC-SiC和C/C-HfB_2-HfC-SiC复合材料2200℃线烧蚀率分别为1.54×10~(-3),1.38×10~(-3)mm/s。结论复合材料具有独特的微结构特征,亚微米级的HfB_2和HfC基体均匀弥散分布在SiC基体中。复合材料表面原位生成的液相SiO_2和固相HfO_2复合氧化物膜,既可以抵抗高速气流的冲蚀,又可以抵抗氧化性气氛的向内扩散,是复合材料具有优异超高温抗烧蚀性能的主要原因。     

轻质Cf/SiOC复合材料表面抗氧化涂层烧蚀性能的研究

目的提高轻质碳纤维增强SiOC(C_f/SiOC)多孔陶瓷复合材料的抗烧蚀性能。方法用TaSi_2、MoSi_2为高温抗氧化组分,SiB_6为烧结助剂,硼硅酸玻璃为粘结剂,采用浆料法在C_f/SiOC复合材料表面制备多层梯度化抗氧化涂层。用氧乙炔考核带涂层复合材料的抗氧化及抗烧蚀性能,并通过扫描电子显微镜对烧蚀后的形貌进行分析。结果采用硼硅酸玻璃能够在较低的温度下获得表面致密的涂层,有效地提升涂层的阻氧能力,同时能够降低涂层与基体材料之间的热失配。通过浆料法能够获得梯度化的抗氧化涂层,即涂层由靠近基体部分的多孔层逐渐过渡至最外层的致密层。在氧乙炔考核烧蚀实验下,涂层表现出优良的抗烧蚀性能,并且随着表面烧蚀温度的不同,表现出不同的烧蚀行为。在1660℃下烧蚀后,线烧蚀率及质量烧蚀率分别为0.03μm/s,2.96×10-8g/(mm2·s),随着烧蚀温度增加至1760℃,线烧蚀率及质量烧蚀率增加至0.06μm/s,1.03×10-7g/(mm2·s)。带涂层的复合材料烧蚀后,涂层表面没有裂纹,但都出现了大量的孔洞,其主要原因是硼硅酸玻璃的挥发,基体材料并没有发生明显的氧化,涂层表现出优良的抗氧化、阻氧能力。结论硼硅酸玻璃的引入能够在较低的温度下获得表面致密的涂层,提升涂层的阻氧能力。制备的多组分抗氧化烧蚀涂层,可以有效地提高C_f/SiOC复合材料的抗烧蚀能力。     

跌落/撞击载荷下装药结构的安全性评估方法

目的 提出装药结构在跌落/撞击事故条件下安全性的定量评估方法.方法 针对装药结构跌落/撞击条件下含能部件非冲击点火存在的不确定性大、缺乏可供工程应用的点火判据等问题,采用基于数理统计思想的定量评估思路,建立"3类试验+1种方法"的安全性评估体系,并提出试验设计、方法选取和评估实施的方法及要求,可供工程应用.结果 采用该方法,开展了某装药结构跌落安全性的定量评估,通过标准试验探索获得了特定约束下的起爆阈值范围,通过设计并开展多发能包络整体级响应的构型试验,获得的实验数据可作为评估的样本数据.采用单侧置信下限方法进行了定量评估,获得了安全度为0.99999(置信度0.9)的定量评估结果.结论 该方法可实现对武器装备、航天发动机跌落/撞击条件下安全性的定量评估,但该方法仅适用于装药结构具有足够安全裕度的情况.     

南京市南部地区O3污染特征、生成敏感性及传输影响分析

作为中国最重要的城市群之一,近年来长江三角洲(YRD)地区大气臭氧(O₃)污染问题突出.于2020年7～9月和2021年4～5月在南京市南部地区溧水站点开展了大气O₃、氮氧化物(NO_x)和挥发性有机物(VOCs)等污染物的在线观测.在此基础上分析了溧水站点O₃的污染特征并与城区站点进行比较,发现溧水站点O₃污染较城区站点更加严重.在观测期间选择了3次典型的O₃污染过程,分别为2020年8月16～27日、 2020年9月3～11日和2021年5月17～25日.利用基于观测的模型(OBM)分析了这3次污染过程的O₃-VOCs-NO_x敏感性.基于OBM所模拟的O₃前体物相对增量反应性(RIR)和NO_x和VOCs削减情景下O₃生成等值线(EKMA曲线)结果显示,3次污染过程中O₃-VOCs-NO_x敏感性分别处于N...