航空复材电磁感应焊接过程及焊接强度

基于电-磁-热多场联合仿真方法建立电磁感应焊接数值模型,模拟电磁感应焊接过程;通过Cohesive单元及二次名义应变失效准则,分析碳纤维增强复合材料(Carbon fiber-reinforced polymer,CFRP)层合板电磁感应焊接强度;研究CFRP层合板搭接长度及聚醚醚酮(PEEK)胶粘层厚度对焊接强度的影响,并通过单搭接试验验证计算结果。结果表明,在搭接长度为12.5 mm,厚度为0.5 mm的条件下,感应焊接层合板温度最高为385.7℃,试验结果为372.5℃,数值结果与试验结果的误差为3.5%;在拉伸过程,焊接接头端部首先发生破坏,接头拉伸破坏为纤维抽离破坏、剥离破坏及基体内聚破坏共同作用产生;CFRP层合板的焊接强度与层合板搭接长度没有明显的相关性;PEEK胶粘层断裂类型为张开型与滑移型混合破坏,PEEK胶粘层厚取值为1 mm时,抗剪强度计算结果为5.97 MPa。

航空复合材料电磁感应焊接强度试验研究

为分析航空复合材料电磁感应焊接时焊接参数对层合板搭接接头力学性能的影响,探究不同焊接功率、焊接时间、焊接压力对碳纤维增强复合材料层合板焊接强度的影响规律,进行了航空复合材料电磁焊接强度试验。首先制备碳纤维复合材料层合板,设计三因素四水平正交试验,通过拉伸试验机获取焊接强度试验数据,确定最优电磁焊接组合参数;其次分别对三种焊接参数进行试验,分析不同焊接参数对碳纤维复合材料层合板焊接强度的变化规律。结果表明:焊接最优组合参数为焊接功率3.0 kW、焊接时间10 min、焊接压力1.0 MPa;对焊接强度影响程度最大的因素为焊接功率,影响程度最小的因素为焊接压力;当焊接功率为2.5 kW、3.0 kW,且焊接时间大于10 min时,随焊接时间增大,焊接强度逐渐减小。

自愈合涂层在金属防腐方面的研究进展

简述了自愈合涂层的作用原理,总结了近年来聚合物类、杂化类和转化膜类自愈合防腐涂层的研究进展,展望了自愈合涂层的前景。

碳纳米管薄膜电热特性及其除冰性能

采用碳纳米管薄膜(CNTF)作为电加热元件,研究碳纳米管薄膜对玻璃纤维增强树脂基复合材料结构表面的除冰性能,同时研究其电热性能。SEM14μm左右。XRD表明CNTF样品为微晶结构,结晶度差且含有少量杂质。空气环境通电,升温速率和最高恒定温度随输入电压增大而迅速提高。输入电压为5 V温度95℃。在四次电热循环后,其表面电阻略有升高,均值从2.795Ω到3.870Ω。在9 V输入电压下,CNTF被迅速烧断,CNTF样品电流承载极限在1.8 A左右。利用其焦耳热性能进行除冰,质量为20 g冰块在树脂基玻璃纤维复合材料样品的表面脱落时间为240 s。表明CNTF在飞机除冰领域具有潜在应用价值。

飞机结构铝合金PPy/rGO复合镀层及其防腐蚀性能

为研究氧化石墨烯(GO)与聚吡咯(PPy)复合镀层的防腐性能,采用恒电位法在铝合金片上电化学聚合吡咯单体,形成PPy镀层,再在PPy镀层表面电镀GO形成聚吡咯/还原氧化石墨烯(PPy/rGO)复合镀层。采用SEM、Raman以及FTIR对镀层的微观形貌与结构成分进行表征,采用接触角测量仪测试镀层的疏水性能,通过极化曲线、电化学阻抗谱(EIS)分析镀层的防腐蚀性能。结果表明:PPy/rGO复合镀层表面的rGO镀层覆盖PPy镀层表面的针孔、凹槽等缺陷,使复合镀层表面光滑、平整,屏蔽性能增强;疏水性能也得到提高。PPy/rGO复合镀层腐蚀电流密度比PPy镀层、铝合金小,表明其腐蚀速率低。PPy/rGO复合镀层比PPy镀层与铝合金拥有更大的阻抗弧,说明PPy/rGO复合镀层对溶液中电解质离子有更强的阻碍作用。铝合金和PPy镀层出现不同程度的腐蚀现象,而PPy/rGO复合镀层并未发生明显的腐蚀现象,说明PPy/rGO复合镀层防腐蚀性能更好。

钼酸盐对航空铝合金表面恒电位沉积聚吡咯膜耐蚀性的影响

采用恒电位法在2024铝合金表面电沉积含钼酸盐的聚吡咯薄膜(标记为PPy–MoO4^2-)。采用场发射扫描电镜、能谱仪、X射线光电子能谱仪、傅里叶红外光谱仪和接触角测量仪分析了PPy– MoO4^2-膜的微观形貌、结构和疏水性,并通过塔菲尔(Tafel)曲线测试、电化学阻抗谱(EIS)测试和盐水浸泡试验对比了PPy–MoO4^2-膜、PPy膜和2024铝合金的耐蚀性。结果表明,PPy– MoO4^2-膜内存在Mo,且发现MoO4^2-的伸缩振动吸收峰,证明MoO4^2-有参与电沉积。PPy– MoO4^2-膜表面比PPy薄膜更致密、平整,疏水性更佳。PPy–MoO4^2-膜的耐蚀性优于PPy膜,对铝合金基体起到阳极保护的作用。

2024航空铝合金表面硅烷膜的制备与性能

采用浸渍法,在2024航空铝合金表面制备了乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)膜。以硫酸铜点滴时间作为评价依据,通过单因素实验,研究了硅烷浓度、醇水比、溶液pH与水解温度对VTES膜的耐蚀性能的影响,并确定了铝合金表面制备VTES膜的工艺条件。FT-IR、接触角、极化曲线及5%NaCl溶液浸泡测试表明,铝合金表面生成了一层含Si—O—Si键和Si—O—Al键的VTES膜;其疏水性能及耐蚀性能均有所提高。

基于真空镀镍碳纤维复合材料的涡流加热性能研究

通过真空镀膜技术制备了一种新型镀Ni碳纤维板复合材料,用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外成像仪对其进行表征分析和温度测试。结果表明:复合材料具有优良的涡流加热能力,样品表面沉积量和输入功率的变化能直接影响样品表面导电网络的构建和升温能力。随着沉积量的变化,在恒定输出功率123W情况下,Ni/CFB-100样品的最高温度可以达到123℃,而Ni/CFB-600样品的最终温度达到142.5℃。随输入功率的变化,Ni/CFB-600样品在输入功率44W下的升温幅度只有40.2℃,但在输入功率123W下的升温幅度达到了86.4℃。在恒定输入功率情况下,Ni/CFB-600样品的最大融冰速率达到了20.161×10-3g/s。实验表明在导电性能较差的碳纤维板表面通过真空镀膜技术镀镍可以实现涡流加热除冰的目的,具有潜在的应用价值。

铝合金表面聚吡咯镀层的制备及其防腐蚀性能

采用恒电位法在铝合金片(Al)上电镀吡咯单体电化学聚合形成聚吡咯(polypyrrde,PPy)镀层,研究其防腐性能。采用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)以及X射线衍射(XRD)表征样品微观形貌与结构组成,接触角测量仪与热重分析仪分别表征样品的疏水性能与热稳定性,采用腐蚀形貌图、极化曲线以及EIS表征样品的防腐性能。结果表明:聚吡咯镀层均匀、致密展现出良好的机械屏蔽性能。聚吡咯为无定形结构,吡咯单体之间以C—C键连接成链式聚吡咯。聚吡咯镀层表现为疏水性能,且热稳定性良好。浸泡在3.5%NaCl溶液中136 h后,铝合金出现大量点蚀现象,而聚吡咯镀层并没有出现严重腐蚀现象。聚吡咯镀层的腐蚀电流密度比铝合金更小,对铝合金保护率达到80.8%。此外,聚吡咯镀层的溶液电阻与电荷转移电阻比铝合金高很多,表明其对溶液中电解质离子有更强的阻碍作用以及低电荷转移速率,防腐性能优异。

一种飞机结构用铝合金表面镀层的制备及其耐蚀性

针对飞机结构用铝合金在使用过程中容易发生腐蚀的缺点,采用化学镀工艺在2024航空铝合金表面制备了Ni-P合金、Ni-WP合金和Ni-P-MWCNTs复合镀层3种镀层,研究多臂碳纳米管(MWCNTs)与Na2 WO4添加量对镀层沉积速率的影响,并对三种镀层的表面微观形貌、结合力、疏水性能、耐蚀性等进行观察与分析.结果 表明:Ni-P-MWCNTs复合镀层的沉积速率随着WMCNTs量的增加呈现先增后减,当WMCNTs加入量为0.3 g/L时,其沉积速率达到最大值10.03 mg/(cm^2·h).Ni-W-P合金镀层的沉积速率随着Na2 WO4加入量的增大而增大并逐渐趋于稳定,当Na2 WO4加入量为18 g/L时,沉积速率达到15.21 mg/(cm^2·h).几种试样的综合性能由强到弱依次为Ni-W-P镀层>Ni-P-MWCNTs镀层>Ni-P镀层>基体试样.

铁粉/环氧树脂复材的涡流效应及其除/防冰性能

常温下将微米级铁粉导磁材料添加到环氧树脂基体中固化,获得铁粉/环氧树脂复合材料,采用扫描电子显微镜(SEM)对样品的结构微观形貌进行分析;采用热重分析仪(TGA)以及红外成像仪对样品进行热稳定性分析;自制电磁感应加热器对样品进行电磁感应实验,测试样品的升温能力以及除冰能力。结构微观形貌分析表明样品内部Fe粉颗粒分散均匀,粒度在0.5um^4um之间。热稳定性分析表明样品从24℃到200℃之间质量损失只有1%,表明样品热稳定性良好。电磁感应实验结果表明Fe粉含量和电路输入功率分别通过影响材料的导磁率、导电性能和感应电流来影响样品的感应电动势,最终影响样品的表面温度。Fe/Ep-100%样品有最大的平均升温速率与除冰速率,分别为1.1×10^-1℃/s和1.2×10^-2g/s。

基于聚丙烯腈基碳纤维红外辐射特性的飞机除冰性能

采用通电加热方式研究了聚丙烯腈(polyacrylonitrile PAN)基碳纤维的红外发热特性,进一步探索了其除冰性能。结果表明随输入功率的增加,碳纤维表面的升温能力显著提升,当输入功率为23.92 W时,样品在100 s内可升至215℃。当输入电压低于5 V时,碳纤维电阻出现先增加后减小的现象,表明了PAN基碳纤维的半导体特性。红外成像测试表明碳纤维表面温度分布均匀。融冰实验表明碳纤维样品的面积、温度、距离、融冰水等因素都对融冰速率都有影响;随着碳纤维加热片样品温度和面积的增加以及融冰水的去除冰柱融化时间不断缩减,纤维红外辐射强度随距离增加而迅速衰减。恒定温度为125℃时,5 cm×5 cm样品最大融冰速率为0.385 g/min。恒定面积时,125℃时最大融冰速率相对于室温自然融化提升了115.3%。当面积温度恒定时,有无融冰水情况下,融冰速率相差43.9%。实验证明,利用碳纤维的红外辐射加热在飞机除冰方面这具有较大潜在应用价值。

基于涡流加热的环氧树脂/钴粉复合材料的除冰性能

制备了微米级和纳米级环氧树脂/钴粉复合材料,并对复合材料进行了表征、分析与测试。结果表明:钴粉为大小一致的谷粒状粒子且均匀嵌合于环氧树脂基体中;复合材料内部含有多种官能团;复合材料具有优良的涡流加热性能,且钴粉含量、钴粉粒子尺寸以及输入功率等都影响涡流加热效果;48 V,208.8 W条件下涡电流做功5 min,钴粉与环氧树脂基体质量比为0.2的微米级复合材料的温度最高可升至63.5℃,而钴粉与环氧树脂基体质量比为1.0的微米级复合材料的温度最高可升至173.3℃;钴粉含量一定时,纳米级复合材料的涡流效应好于微米级;当输入电压从28 V升到48 V时,纳米级复合材料的温度最高可升至143.0℃;复合材料利用涡流加热除冰可行,钴粉与环氧树脂基体质量比为1.0的纳米级复合材料的最大融冰速率为2.1×10^-2 g/s。

镀镍玻纤/环氧树脂复合材料电热融冰性能

利用化学镀法在经过处理的玻璃纤维表面制备了致密、均匀的Ni-P镀层。分别研究镀镍玻璃纤维的电热特性及其复合材料的融冰性能。SEM表明玻璃纤维镀镍之前表面光滑,镀镍后镍粒子分布均匀且其直径分布在150 nm～300 nm之间。电阻测试表明样品电阻随镀镍时间的增长而降低,镀镍时间为25 min,样品的表面电阻为1. 4Ω/。循环电热实验表明镀镍玻纤具有良好的电热特性,随着输入功率的增加,升温能力迅速提升,且都可在40 s内达到最高平衡温度。样品在多次电热循环过程后导电性能提高,这可能和高温促使其发生了晶体化转变有关。除冰实验表明利用镀镍玻纤/环氧树脂导电玻璃钢材料拥有较好的除冰效果,5 V输入电压下,冰块在镀镍玻纤/环氧树脂复合材料表面最短脱落时间为112 s。

电气控制与PLC实验课程的BOPPPS模式教学实践

阐述BOPPPS在机床电气控制与PLC实验课中的应用成果,BOPPPS教学设计案例的分析,BOPPPS方法能够更好地激发学习兴趣和课堂参与程度。

航空碳纤维复材板电-磁-热多场联合仿真与分析

针对电磁涡流感应在实现碳纤维增强复合材料(CFRP)快速内部加热时内部多场问题尚缺少系统理论研究的情况,对航空碳纤维复材板进行了电-磁-热多场联合仿真与分析。首先,从CFRP的物理属性出发,分析其涡流热产生的物理原理;其次,设计不同叠层数目碳纤维复合材料,根据碳纤维复合板材电磁涡流形成规律,分析线圈输入功率/电压以及复材叠层数目对涡流热效应的影响;再次,使用电-磁-热联合多场有限元模型对感应加热过程中电磁涡流场和温度的分布情况进行仿真分析;最后,通过实验验证有限元模型计算结果。结果表明,涡流效应中碳纤维板可以产生呈闭环的感应电流,感应电流在碳纤维复材板上呈中间低、四周高的分布状态;在25 V的固定输入电压下,单层碳纤维板的热升温效应最明显,稳定温度约为141.4℃;随着输入功率/电压提升,双层碳纤维复合板材涡流热效应随之增大,达到热稳定所需时间也同步增加。通过电-磁-热联合多场有限元模型和验证实验,研究感应加热过程中电磁涡流场和温度的分布规律,对推动电磁涡流热效应在航空碳纤维复材感应焊接等领域的工程应用具有参考价值。

基于新工科的机械课程教学实践

阐述新工科背景的实践教学问题,教学策略,包括实践教学平台的建设、实践教学体系、校企合作的人才培养模式,从而根据具体问题,采取应对策略。

浅议建筑物表面裂缝特征测量方法

裂缝特征反映了建筑设施当前工作和结构状态，当裂缝特征参数超过安全阈值不仅会影响建筑设施的美观性、耐久性甚至危及人身财产的安全。

建筑施工中放线技术探析

建筑工程中的定位放线，是一项关系着整个工程质量的关键工作，测量放线技术必须要在自检合格之后，由主管部门和监理验收者，对一些重要的标高、轴线控制桩、控制桩进行复核。测量放线的施工技术看似简单，但是在施工过程中要求的精确程度也是最高的，因此，在作业过程中要求反复的测量检查，才能确保无误。

“飞机装配工艺”课程线上教学模式探索

以线上教学为背景,分析“飞机装配工艺”课程建设过程中面临的新问题与挑战。针对课程专业性、应用性和工程性强的特点,探讨以学生为中心,素养、知识、技能三维一体的课程教学目标的实现路径,阐述多元教学、多元互动、多元评价的开放式教学模式,打造以技能素质为培养核心的线上教学资源。通过工程案例提升“飞机装配工艺”课程在双创教学中的渗透力,优化网络技术条件下教学大数据的应用。从培养目标、课程体系、过程管理和动态考核等环节系统地探索线上教学背景下“飞机装配工艺”课程新的教学模式。