T700/3234碳纤维层合板的拉伸疲劳特性分析

通过对T700/3234碳纤维复合材料层合板进行静力拉伸试验和拉-拉疲劳试验,得到层合板的拉伸性能、疲劳寿命和刚度衰减规律,然后采用数值分析方法对层合板的拉伸强度进行预测,并对碳纤维层合板的疲劳S-N曲线以及疲劳刚度衰减进行了研究。结果表明:采用逐渐累积损伤的数值方法所得到的拉伸强度与试验结果较为吻合,根据疲劳理论拟合得到的S-N曲线和刚度衰减曲线很好地描述了材料的疲劳性能,为研究T700碳纤维层合板的疲劳损伤演化提供了重要参考。

缺口对TC17钛合金拉伸性能和低周疲劳性能的影响

研究了不同缺口(缺口应力集中系数)对TC17钛合金拉伸性能和低周疲劳性能的影响。结果表明,缺口试样抗拉强度随着缺口应力集中系数的增大而提高,伸长率随着缺口应力集中系数的增大而减小;低周疲劳寿命随缺口应力集中系数的增加而降低,当应力集中系数大于1.92时,疲劳寿命急剧下降。断口分析表明,试样拉伸断口由正应力拉断区和剪切断裂区两个典型区域构成。正应力拉断区为穿晶和沿晶相混合的断裂,剪切断裂区为穿晶断裂,断口上均为韧窝形貌。低周疲劳断口由疲劳断裂区、正应力拉断区和剪切断裂区三个典型区域构成。疲劳断裂区比较平坦,有明显的疲劳条带和平行的二次裂纹;低周疲劳断口的正应力拉断区和剪切断裂区的形貌特征与拉伸断口类似。

锻造工艺对TC17钛合金的显微组织和力学性能的影响

研究了α+β锻造、近β锻造和β锻造对TC17钛合金盘件的显微组织和主要力学性能的影响规律。结果表明:α+β锻造后的合金为等轴组织,近β锻造的合金为双态组织,β锻造的合金为网篮组织,3种工艺获得的显微组织较为典型;3种锻造组织的力学性能差异显著,等轴组织的室温拉伸强度较双态组织稍低,塑性最好,疲劳强度最高,但断裂韧性和蠕变性能相对较差;双态组织的拉伸强度最高,塑性较等轴组织稍有降低,蠕变性能相对等轴组织有较大提高,但其断裂韧性和疲劳强度相对较低;网篮组织的拉伸强度和塑性相对较低,但断裂韧性和蠕变性能均高于另外两种锻造组织。

碳纤维/PMI泡沫夹芯复合材料的弯曲特性分析

通过三点弯曲实验研究,得到了碳纤维/PMI泡沫夹芯复合材料的弯曲性能以及破坏机理。并采用逐渐累积损伤方法对泡沫夹芯结构弯曲载荷进行了预测,结果发现:模拟与试验结果较吻合,弯曲载荷误差为6.31%。研究结果表明:有限元数值模拟能够准确地得到泡沫夹芯复合材料在压缩过程中的损伤扩展,并最终预测碳纤维/PMI泡沫夹芯复合材料的最大破坏载荷和破坏趋势。

基于晶体取向的镍基单晶叶片可靠性研究

研究了晶体取向的概率描述模型,收集叶片晶体取向随机数据,分析并给出其分布函数。通过晶体塑性理论对冷却叶片进行有限元强度分析,确定危险区域。在确定性蠕变寿命分析计算的基础上,进一步对单晶叶片蠕变寿命进行可靠性研究。利用Monte Carlo法计算冷却叶片蠕变寿命的随机响应,研究了在晶体取向随机因素影响下叶片蠕变寿命的分布。

某典型折叠机构的磨损寿命研究及优化

针对航空航天柔性机构具有复杂非线性的特点,提出一种在多软件平台下建立柔性机构模型并进行运动学仿真的方法。对某典型折叠机构进行参数化建模及运动学分析,并采用不同可靠性分析方法对折叠机构进行可靠性分析和磨损寿命分析。最后对机构进行磨损寿命优化。优化结果显示机构最大应力水平显著降低,磨损寿命显著提高。

缝合复合材料层板Ⅰ型层间开裂性能研究

由于传统复合材料层板层间强度低,缝合技术被广泛应用以改善其层间性能。为了研究缝合复合材料层板Ⅰ型层间开裂性能,采用双悬臂梁(Double Cantilever Beam,DCB)模型计算了缝合复合材料Ⅰ型层间失效载荷,并讨论了不同缝线密度及缝线直径的影响。结果表明:缝线对分层扩展具有阻碍作用,缝合模型的分层前缘为波浪线,而未缝合模型的分层前缘为直线;缝线密度的增加会提高模型层间失效载荷,相比于未缝合模型,缝合密度分别为10 mm×10 mm、7.5 mm×7.5 mm、5 mm×5 mm、2.5 mm×2.5 mm的模型的层间失效载荷依次大约提高了7倍、9倍、10倍、15倍;缝线直径的增大同样会提高模型层间失效载荷,缝线直径为1000 D、2000 D的模型的最大层间失效载荷分别约是缝线直径为500 D的模型的1.5倍、2倍。

高温氧化对Ti60合金组织与性能的影响

为支撑发动机试车后变色Ti60合金压气机叶盘使用安全性评估,研究了Ti60合金在420~720℃温度范围内的氧化变色规律,并探索了长期高温氧化对组织及力学性能的影响。结果表明:经过氧化处理,Ti60合金表面形成多种不同氧化色,变色规律为浅黄色-深黄色-黄褐色-紫色-蓝色-淡蓝色-粉灰色;试样经600℃、长达100 h氧化后表面仍为蓝色,由于表面氧化层及内部析出相影响,其室温拉伸强度及疲劳极限提高、塑性降低,120℃拉伸塑性获得一定恢复,仍可满足设计要求。

线性摩擦焊接钛合金整体叶盘研制与实验研究

本研究以先进航空发动机压气机整体叶盘为应用对象,开展TC11/TC17异材线性摩擦焊接整体叶盘的研制与实验考核研究,分析焊接接头的显微组织,对比研究母材和焊接接头的拉伸性能及持久性能,完成了焊接叶片单元件的振动疲劳实验和焊接整体叶盘的超转实验及低循环疲劳实验。结果表明:TC11/TC17线性摩擦焊接接头由TC11母材区、TC11侧热力影响区、焊合区、TC17侧热力影响区和TC17母材区五个典型区域组成。焊接试样的拉伸强度与TC11母材基本相当,焊接试样的伸长率与TC17母材相当,断面收缩率与TC11母材相当;焊接接头的持久强度极限低于TC17母材但略高于TC11母材。三种焊缝位置的焊接叶片单元件的中值疲劳寿命分别为1.501×106次、0.344×106次和0.132×106次,疲劳裂纹未产生在叶片的焊缝处及热影响区;焊接整体叶盘通过了115%的超转实验和1000次低循环疲劳实验,实验结果满足要求。

Ti2AlNb合金电子束焊接在航空发动机机匣中的应用

以先进航空发动机机匣为应用对象,开展了Ti2AlNb合金电子束焊接技术研发。分析了焊缝的主要化学成分,研究了焊接接头组织、力学性能和断口形貌,焊接了Ti2AlNb合金机匣并开展考核验证。结果表明,Ti2AlNb合金电子束焊缝成型良好,未出现吸氢和铝元素烧损,可满足Ⅰ级焊缝的质量要求。焊接接头的抗拉强度较高,可达到母材强度的90%以上,但接头的持久性能和低周疲劳性能比母材的明显降低。焊接接头力学性能试样断口主要为沿晶断裂形貌,接头中存在少量的微小气孔。焊接机匣通过了最高腔压为10.0 MPa(焊缝处等效应力约为593.0 MPa)的压力实验和3000次最高腔压为5.0 MPa(焊缝处等效应力约为261.0 MPa)的低循环疲劳实验。研究结果为Ti2AlNb合金在发动机机匣中的应用提供了参考。

GH4169G合金叶盘叶尖裂纹失效分析

针对GH4169G合金叶盘试验后1个叶片叶尖出现的裂纹,对裂纹叶片进行了断口和组织分析。得出裂纹的性质为高周疲劳,裂纹源区位于叶背侧亚表面,裂纹叶片叶尖处晶粒度为5.5级,不满足锻件检测要求,降低了高周疲劳性能。对与裂纹叶片邻近的多个叶片各部位进行组织分析,叶尖处均未达到平均晶粒度8级或更细的要求,δ相较少,距离裂纹叶片越远晶粒越细,叶身纵向晶粒从叶尖至叶根逐渐变细。复查该叶盘锻件的等温锻造工艺,叶片部位欠压过多,外缘周向最小尺寸偏小,导致叶片叶尖附近部位变形量不足,晶粒粗大。对锻造工艺进行优化,将最大锻造压力由5 000 t调整为8 000 t,预留欠压量由≤15 mm调整至≤10 mm。优化后的锻件充满模具,外缘尺寸符合锻件图纸要求,晶粒度符合技术要求,后续各批次中该问题未复现。

激光焊接螺栓组件焊缝开裂失效分析

GH6159合金/GH4169合金激光焊接螺栓组件,在试验后发现螺栓顶端焊缝处存在裂纹。为分析螺栓组件裂纹产生原因,对裂纹螺栓进行断口和金相分析,确定裂纹的性质为过载断裂,裂纹从焊合区和未焊合区的界线起始,沿焊接深度方向扩展。为分析裂纹产生规律,采用金相法测量焊接深度,发现裂纹处焊接深度大多比非裂纹处焊接深度小,且焊接深度不满足设计要求。对螺栓组件使用情况和强度进行分析确定,弹簧片优先受力,使得焊接结构承受较大载荷,焊接薄弱处因焊接有效承载面积小而过载破坏,是开裂的主要原因。提出了结构和焊接优化措施,在试车过程中螺栓组件开裂问题未复现,说明采取的优化措施有效。

GH4096合金固溶冷却方式对性能和残余应力的影响

为了在保证GH4096合金主要力学性能的前提下,降低薄壁类零件用锻件的内部残余应力,提高零件加工过程的尺寸控制精度,研究空冷,风冷,油冷,盐浴等固溶冷却方式对GH4096合金环锻件析出相的尺寸和形貌、主要力学性能和内部残余应力的影响。结果表明:与采用传统油冷的试件相比,空冷试件的二次、三次γ′相较为粗大,蠕变性能和高温拉伸性能有较大幅度的降低,风冷试件的二次γ′相尺寸略有增大,三次γ′相尺寸相当,蠕变性能和拉伸性能有小幅降低,盐浴冷却试件的二次、三次γ′相尺寸相当,蠕变性能和拉伸性能相差较小。采用风冷的试件内部残余应力可控制在±100 MPa以内,比油冷和盐浴冷却的试件降低50%以上。GH4096合金环件固溶处理冷却方式采用风冷与传统的油冷和盐浴冷却方法相比,可以明显降低锻件内部残余应力,蠕变和高温拉伸等性能只有小幅降低,有助于改善GH4096合金薄壁零件冷加工过程的变形问题,提高尺寸控制精度。

GH4169合金螺旋挡圈裂纹问题分析

某型航空发动机试验后发现GH4169合金螺旋挡圈出现裂纹,经查同批次未装机使用的螺旋挡圈在相同位置也存在裂纹。利用体视显微镜、扫描电镜等对螺旋挡圈裂纹进行了宏观和微观形貌观察,对裂纹断口、材料组织和硬度等进行了对比分析,发现装机试验后螺旋挡圈与同批次未使用螺旋挡圈的裂纹模式相同,均为制造过程中产生的过载开裂,且裂纹在发动机试验过程中未发生疲劳扩展。螺旋挡圈裂纹在折弯工序中产生,去应力热处理工艺不当导致材料硬化是折弯时产生裂纹的主要原因。据此提出了改进措施,采用固溶处理替代去应力热处理可避免螺旋挡圈在制造过程中产生裂纹,同时增加荧光和显微镜检查可有效检出螺旋挡圈裂纹。

三联式沼气池结合人群化疗控制血吸虫病效益评估

目的了解湖沼垸内流行区建沼气池、改厕、改圈、改厨(三联通)和人群化疗措施对控制血吸虫病传播的效果。方法在龙湾镇重疫区选择未控地区郑家湖村为试区,进行三联式沼气池现场调查,检测构筑物指标,总体合格率和寄生虫卵死亡率、大肠菌群值、氯氮及综合治理措施后疫情变化。结果郑家湖沼气池属混凝土现浇园柱型水压式沼气池,总体合体率为95.5%;出料口粪大肠菌值由进料口4×10-5～4×10-7至出料口4×10-3～4×10-5,氨氮有所提高,保氮率为96.81%;活螺密度及钉螺感染率分别下降42.86%和66.70%;人群感染率下降36.88%、耕牛感染率下降100%。结论三联式沼气池结合人群化疗措施的实施,不仅可以有效控制血吸虫病传播,而且有显著的经济和社会效益。

GH4169D合金电子束焊接接头显微组织和持久断裂特征

采用金相显微镜和扫描电镜分析了GH4169D合金电子束焊接接头的显微组织,利用显微硬度计测试了母材、热影响区和焊缝的显微硬度,采用体式显微镜和扫描电镜研究了焊接接头持久断裂特征。结果表明,GH4169D母材中的主要析出相为1~20μm长的片层状晶界η相、30~80 nm的颗粒状γ′相和少量的碳氮化物。热影响区中的主要析出相为10~20 nm的颗粒状γ′相,几乎没有晶界η相。焊缝中为枝晶组织,枝晶间存在含有共晶组织的白色析出相,析出相尺寸为2~6μm,枝晶杆中含有10 nm以下的细小颗粒状γ′相。母材的显微硬度低于热影响区和焊缝,不同区域的显微硬度主要受γ′相尺寸的影响。焊接接头的持久断裂过程包括蠕变裂纹扩展、快速扩展和瞬断3个阶段,蠕变裂纹扩展区中为沿晶断裂,快速扩展区中为沿晶和穿晶混合断裂,瞬断区为穿晶断裂。蠕变裂纹扩展起始于试样表面的热影响区,热影响区中晶界η相含量低和裂纹尖端晶界氧化是导致焊接接头持久性能低于母材的主要原因。