纤维增强铝锂合金层板不同加载方式下的疲劳性能

对纤维增强铝锂合金2/1层板及3/2层板材料进行疲劳寿命试验,通过对每种材料试样施加不同循环特征的循环应力(恒幅循环应力,应力比为R=-1;高-低加载,Mini-Twist谱载),共获得了6种应力-寿命试验数据.使用样本信息聚集原理,拟合出了各材料的P-S-N曲线.通过比较相同加载方式不同材料的S-N曲线的差异,对比分析了不同复合结构的材料疲劳性能的特点.结果表明:在5×10~4~5×10~5寿命范围内,恒幅R=-1及高-低加载载荷下,纤维增强铝锂合金3/2层板疲劳寿命性能均优于2/1层板;Mini-Twist谱载下,纤维增强铝锂合金3/2层板的疲劳性能总体上也优于2/1层板.

玻璃纤维增强铝合金层板的抗高速冲击性能研究

本文进行了玻璃纤维增强铝合金层板(glass laminate aluminum reinforced epoxy,GLARE)在平头子弹冲击下的高速冲击试验,采用ABAQUS有限元分析软件建立GLARE层板的高速冲击数值模型,研究其在高速冲击作用下的响应及损伤特性,在验证其有效性的基础上,预测了不同直径和不同材料属性的子弹冲击下GLARE层板的抗冲击特性,揭示子弹直径、材料属性和弹头形状对GLARE层板抗高速冲击性能的影响。结果表明:GLARE层板在高速冲击作用下表现出良好的抗冲击性能;弹头形状对GLARE层板抗高速冲击性能影响最大,其次是子弹材料属性,子弹直径对GLARE层板抗高速冲击性能的影响并不显著。

纤维增强铝合金层板的发展与应用

本文介绍了最新研制的一种新型结构材料——纤维增强铝合金层板,该层板已引起许多西方飞机制造厂的注意。该材料兼取了复合材料和铝合金的优点,克服了各自的一些缺点。最引人注目的性能是它所具有的极好的抗疲劳和损伤性能。通过改变材料的组成和工艺过程,可以得到不同性能,满足某些特殊的用途。本文介绍两种典型的材料构型——芳纶纤维增强铝合金层板(ARALL)和R-玻璃纤维增强铝合金层板(GLARE)的研究过程、材料组成、性能和应用。最后讨论了今后研究所需要解决的问题。

玻璃纤维-铝锂合金层板基于飞机服役环境的湿热老化性能研究

为了探究玻璃纤维-铝锂合金层板(NFMLs)应用于飞机机身、机翼的重要结构的服役性能,对NFMLs进行70℃/85%RH湿热老化处理,在分别处理1500 h、3000 h后,对NFMLs进行基本力学性能分析。结果表明,固化过程已促进了铝锂合金的时效行为,T1相(直径<20 nm)开始萌生和长大,并作为主要强化相;同时,湿热老化几乎不影响铝锂合金的沉淀行为。在湿热老化样品中未观察到显著的分层现象,但已产生较多微小裂纹。随着湿热老化时间的延长,NFMLs的性能随之下降;但当经过70℃/85%RH,3000 h处理后,NFMLs依然表现出优异的综合性能。

玻璃纤维-铝锂合金层板机翼前缘结构的成型工艺研究

以机翼前缘典型件为成型目标,研究了玻璃纤维-铝锂合金超混杂复合层板(NFMLs)大曲率构件的自成形工艺。研究发现,自成形工艺可实现NFMLs机翼前缘等大曲率构件的成型,贴膜度高、厚度均匀性好、无显著分层缺陷、成型过程未形成较大的残余应力,为超混杂复合材料在飞机机翼蒙皮结构中的应用研究提供参考。

纤维增强铝合金层板在军用桥梁中的应用探索

军用桥梁综合性能的提升离不开新材料的运用。纤维增强铝合金层板是目前航空航天中普遍应用的一种新材料,它轻质高强的同时还具有抗冲击、耐疲劳、易加工的优点,综合性能优于传统的FRP材料。根据纤维增强铝合金层板在飞机制造中的应用现状,介绍了常用纤维增强铝合金层板的主要种类及性能,分析了该材料在提高军用桥梁抗冲击与耐疲劳性能以及降低桥梁构件制造成本上的应用优势,提出了应用中需要重点解决的问题,包括适用的军用桥梁结构形式、军用桥梁刚度、桥节单元纵向连接等。

玻璃纤维增强铝合金层板的裂纹扩展特性研究

针对玻璃纤维增强铝合金层板进行了等幅拉-拉疲劳试验,研究了含中心缺口玻璃纤维增强铝合金层板在疲劳载荷作用下的裂纹扩展和分层扩展机制。随裂纹长度增加,其疲劳裂纹扩展速率基本保持定值,分层与裂纹长度为线性关系。基于有限元模型进行数值计算,建立了等效应力强度因子方法,使用等效Paris公式对裂纹扩展速率进行预测,对比试验结果,吻合良好。这说明了该数值方法可用于预测纤维增强铝合金层合板的疲劳裂纹扩展。

飞秒激光表面织构化对CFRP/2060铝锂合金高速激光连接接头剪切性能的影响

激光表面织构化作为提高异质结构接头剪切性能的有效手段,已广泛应用于碳纤维增强复合材料(CFRP)与金属材料激光连接领域中。采用波长515 nm的飞秒激光在2060铝锂合金表面制备微结构,采用能量密度分布均匀的矩形光斑实现CFRP和2060铝锂合金异质接头的高速光纤激光连接,探讨飞秒激光刻蚀深度、扫描线间距对异质结构接头剪切强度的影响规律。结果表明,通过飞秒激光织构化处理,异质接头剪切强度得到了大幅提升,接头破坏形式均为界面断裂和基体断裂的混合断裂模式。在激光功率5 kW、焊接速度高达3.6 m/min条件下,接头平均剪切强度可达35.7 MPa,是未经飞秒激光织构化接头的2.3倍。

玻璃纤维-铝锂合金层板基于飞机服役环境的高低温性能研究

为了探究玻璃纤维-铝锂合金层板(NFMLs)应用于飞机蒙皮结构时的服役性能,开展了该材料在-55~120℃温度条件下的力学性能研究。采用浮辊剥离和层间剪切试验评价其层间性能,通过拉伸、弯曲及面内剪切试验评价其静力学性能,并基于混合理论对NFMLs在高低温下的屈服强度进行计算分析。结果表明,NFMLs层间性能随温度升高整体呈下降趋势,拉伸弯曲强度具有优异的高低温性能,但刚度下降明显,屈服强度的变化规律较纯铝合金有所不同。NFMLs在-55~70℃范围内具有优异的高低温性能,120℃时性能明显恶化。

纤维增强铝合金胶接层板的探索研究

本文初步探索了几种纤维增强铝合金胶接层板的成型工艺,并评定了这些层板的力学性能和抗分层性能。试验结果表明,纤维增强铝合金胶接层板确是一种具有优异耐疲劳性能和抗冲击性能的轻质、高强和高韧性的结构材料,并具有良好的抗分层能力;与基于芳纶纤维的层板相比,玻璃纤维基的层板具有更高的力学性能和更好的界面结合,但其拉伸模量较低。

玻璃纤维铝合金层板(FMLs)的疲劳损伤特性及S-N曲线

根据国内外标准和参考文献,针对玻璃纤维增强铝合金层板(FMLs)的特点设计出FMLs疲劳试验件,进行了不同载荷下的R=0.1等幅拉-拉疲劳试验。疲劳试验过程中FMLs最先在表面铝层内出现裂纹,随后表面铝层可见多条裂纹。随着循环载荷数的增加,裂纹不断扩展,并在界面出现分层现象,然后分层损伤快速扩展直至完全断裂破坏。测得了FMLs的疲劳裂纹起裂寿命和裂纹扩展寿命,给出了其疲劳寿命的规律性。得到了FMLs和同样厚度碳纤维复合材料CCF300的S-N曲线,并进行了对比。FMLs的疲劳寿命随载荷变化平缓,近似成对数趋势;在载荷大于400 MPa时FMLs的疲劳寿命与CCF300碳纤维复合材料层板相当;当疲劳载荷最大值低于300 MPa,FMLs的疲劳寿命比CCF300复材板要低。为飞机结构设计师们提供了材料基础性能和信息。

氧化铝短纤维增强铝硅合金复合材料高温摩擦磨损性能的研究

用氧化铝短纤维增强共晶铝硅合金，研究Al2O3f／ZL109复合材料及基体合金的高温（～250℃）摩擦磨损性能。结果表明，在边界润滑条件下，复合材料的高温耐磨性比基体合金更为优异，摩擦系数也有所降低。运用扫描电镜和电子探针对两类材料的磨损表面及其材料转移情况进行了观察，并以此讨论了磨损机制。

短纤维增强铝硅合金复合材料的组织与断口形貌分析

研究了挤压铸造氧化铝短纤维增强铝硅合金复合材料的凝固组织和断口形貌。结果表明 ,在复合材料中纤维分布均匀 ,氧化铝纤维可作为硅相非自发形核的衬底 ;氧化铝纤维与铝合金基体之间的界面对材料性能影响很大。改善制备工艺应从控制界面反应和细化组织入手。

短纤维增强铝硅合金中共晶硅形貌的SEM观察

利用挤压铸造制备了氧化铝短纤维增强铝硅合金复合材料 ,在SEM上观察了复合材料中的共晶硅形貌。结果表明 ,复合材料中的氧化铝短纤维可作为硅相非自发形核的衬底 ,并且在铝硅共晶体的共生生长过程中 ,可触发孪晶 。

碳纤维增强树脂基复合材料与铝/镁合金连接研究进展

运载工具的轻量化是解决当前能源危机和环境问题的重要手段之一,得到国内外学者的高度重视。碳纤维增强树脂基(carbon fiber-reinforced polymer,CFRP)复合材料和以铝镁为代表的轻合金具有一系列优异的力学性能与加工特性,是极具应用前景的轻量化材料,实现这两种材料之间的有效连接,成为当下研究的热点。然而由于异种材料之间理化性能差异较大,在生产过程中混合应用多种轻量化材料仍面临巨大挑战。本文通过对胶接、机械紧固、搅拌摩擦及其变种工艺连接技术的研究进展、优缺点、发展趋势进行汇总分析,考察不同连接方式下获得接头的微观形貌,总结了CFRP与铝镁轻合金搅拌摩擦连接的三种机理包括宏观锚定、微观机械嵌合与化学键连接。最后,基于以上三种连接机理,指出进一步提升混合接头性能的关键在于增大金属母材表面粗糙度,增加熔融高分子面积和采用混合连接工艺。

不同固化压力下制备碳纤维增强铝层板的拉伸性能

以市售碳纤维增强环氧树脂预浸料和铝板为原料,以E-51环氧树脂为胶黏剂,分别在0.1,0.3,0.6MPa压力下于180℃固化2h制备了碳纤维增强铝层板(CRALL),研究了固化压力和铝板表面处理状态对其拉伸性能的影响。结果表明:随着固化压力的降低,CRALL的抗拉强度下降,失效方式由直接断裂转变为分层脱粘失效。在固化压力为0.6MPa、铝板经表面处理条件下制备的CRALL中,碳纤维增强层之间没有出现明显的分层现象,铝板与碳纤维增强层的界面结合良好;其抗拉强度为1 010MPa,弹性模量为77GPa,均接近理论值;拉伸时试样直接断裂,仅有较少的分层脱粘现象;而用未表面处理铝板制备的CRALL的抗拉强度比用表面处理铝板的下降了39%。

先进铝锂合金层板疲劳裂纹扩展分层行为

纤维金属层板的分层形状和尺寸对于研究其疲劳裂纹扩展行为具有至关重要的作用。为了研究一种先进铝锂合金层板在疲劳裂纹扩展过程中的分层行为,本研究通过有限元分析获得试样表面应变接近于0区域的尺寸与实际分层区域尺寸的计算关系式,将数字图像关联技术(DIC)实时获取的试样表面应变数据与实际分层结果进行关联,并通过不同铺层结构、切口尺寸、裂纹长度下的分层尺寸数据对该方法进行验证,实现先进铝锂合金层板疲劳裂纹扩展实验中分层行为的实时监测。结果表明,该方法具有优异的适用性、经济性和数据一致性。

纤维增强铝镁合金中纳米相的研究

讨论了常用碳及氧化铝增强铝及铝合金复合材料中常见纳米相 ,其中包括纤维本身结构的组元及反应产物中的新生纳米相。由于这些相的形成条件、形成区域不同 ,对复合材料性能的影响也不同。

加拿大铝业公司推出铝-锂合金同碳纤维复合材料竞争

Alcan全球航空航天运输与工业公司（简称Alcan Global ATI）是加拿大铝业公司工程制品公司的一个业务单位，于2010年7月20日宣布，设计推出一种高性能、低密度的铝一锂合金，是用作飞机主要结构的航空材料。