薄壁内胆碳纤维全缠绕复合材料气瓶轴向残余变形及屈曲分析

针对钛合金薄壁内胆碳纤维全缠绕复合材料气瓶水压试验后轴向缩短及内胆局部发生屈曲失稳现象,开展了试验研究及有限元分析.结果表明:自紧加卸载后,封头靠近极孔区域沿轴向向内凹陷,封头靠近赤道区域沿径向向外扩张,封头整体沿轴向变短,试验和有限元计算的轴向缩短量为6.15 mm和6.363 mm,误差为3.46%,有限元计算结果与试验结果具有很好的一致性.最后,采用多极孔法优化封头纤维层厚度分布,封头厚度极值降低32.6%,过渡更加均匀,优化后的气瓶沿轴向略有伸长,平均伸长为0.6 mm,采用CT和内窥镜检测,内胆均未出现屈曲失稳,有效地解决了水压试验后轴向缩短及内胆屈曲问题.

药型罩发展现状与趋势研究

药型罩作为破甲弹的核心部件材料,是形成聚能射流的最核心部分,对聚能射孔效果有着重要的影响。其破甲性能主要受材料密度、声速、晶粒尺寸和组织结构的影响。因此设计高性能的药型罩需要采用既具有高密度、高声速、细晶粒尺寸,又具有良好的高温力学性能、抗氧化性能和良好工艺性能的材料。文章通过对目前国内外新型合金药型罩的发展方向进行了简要研究,为我国合金药型罩的后续发展提供了一定的参考。

一种卫星用钛内衬-碳纤维缠绕复合材料气瓶特性研究

为了研究复合材料高压气瓶固有特性,针对钛内衬(TA1)/碳纤维(T1000GB)缠绕柱形复合材料气瓶进行了特性分析和应力-应变检测。总结了内衬特性和复合层特性对气瓶产生的各种影响,根据柱形气瓶环向应变和纵向应变实测数据分析了瓶体应变的变化规律和主要影响参数,找出了瓶体强度薄弱区,为结构优化和同类产品设计提供了可靠数据和理论指导。

钛合金药型罩聚能装药射流成型与侵彻实验研究

为研究轻质合金药型罩的侵彻性能,采用X光照相技术对两种大锥角钛合金药型罩的射流成型及其对钢靶的侵彻行为进行了实验研究.结果表明,140°锥角药型罩产生的射流近似为EFP,其对钢靶的侵彻半径大,但侵深较浅.120°锥角药型罩在中心起爆时,形成杆式射流;而环形起爆时,则形成典型射流,其侵彻深度比中心起爆有较大提高.此外与铜质药型罩相比,其侵彻孔径得到明显提高.因此,采用轻质合金和环形起爆,可以在保证大锥角药型罩较高能量利用率的同时增大开孔孔径和侵彻深度.

钛合金药型罩对纯铜及45钢靶的破甲特性

为了研究射流与靶板间的反应对其破甲性能的影响,选用钛合金药型罩分别对纯铜及45钢两种材质的靶板进行静破甲试验。研究结果表明:与钛合金反应不剧烈的纯铜靶板,静破甲试验后的破孔孔径较大,穿深较高;而与钛合金反应较为剧烈的45钢靶板,静破甲试验后的破孔孔径较小,穿深较低。对静破甲试验后纯铜靶板及45钢靶板进行了微观组织分析,研究了钛合金药型罩分别对纯铜靶板及45钢靶板的破甲特性及破甲机理,并探讨了射流与靶板间的反应对其破甲性能的影响。

超深高含硫气藏完井管材优化与实践

为了缓解元坝气田完井安全性和经济性的矛盾,介绍了元坝气田在选材过程中开展的国产镍基合金油套管、电镀钨合金衬管和钛合金油管等不同材料的性能评价以及现场的应用情况。研究认为,通过适用性设计及系统试验评价,形成不同深度镍基合金材质的优化组合,并大规模应用国产材料,是超深高含硫气藏实现安全经济完井的一项重要途径。电镀钨合金管抗腐蚀性能优异,需对镀层厚度优化设计并优选上扣管钳钳牙,对于不作为油气泄漏屏障的衬管可满足使用要求。钛合金油管抗腐蚀性能优异,力学和整管性能满足标准对同钢级碳钢油管性能的要求,气密封性能优异,质量约为镍基合金的60%,在降低完井成本的同时可提高管柱的安全系数,有望替代传统的镍基合金油管。研究结果可为超深高含硫气藏完井管材的选用提供参考。

纳米TiO2和Al2O3添加剂润滑油对缸套-活塞环摩擦磨损性能的影响

以普通5W-30润滑油作为基础油,按一定配比添加纳米Al_2O_3和TiO_2粉末,通过实验台架高度模拟缸套-活塞环的工作环境,研究不同载荷下纳米添加剂润滑油对缸套-活塞环摩擦副摩擦磨损特性的影响.使用二分力拉压传感器和数据采集系统测量及保存摩擦副的受力;用0.1mg精度电子天平测量摩擦前后活塞环的质量损失;用三维表面轮廓仪扫描试样表面形貌;用场发射扫描电镜对样本进行微观观察及能谱分析.实验结果表明,纳米Al_2O_3和TiO_2添加剂润滑油能够显著的改善缸套-活塞环摩擦副的摩擦磨损性能,同5W-30基础油相比,纳米Al_2O_3润滑油使摩擦副的摩擦因数和磨损率分别降低48.5%和21.6%,而纳米TiO_2润滑油则分别降低49.9%和37.6%,表面平整度及表面磨痕也相应得到改善.

钛合金蜂窝平板声载-静载联合加载设计与试验

为考察钛合金蜂窝声衬在噪声载荷与气动压力联合作用环境下的疲劳特性,根据蜂窝声衬的受载特征,提出了一种声载-静载联合试验方法,利用大气与真空舱之间的压力差来实现声衬的等效气动力加载,设计并制造了抽真空机械组件对试件非受声面抽真空,解决了行波管中施加静力载荷难的问题。针对两类高度不同的钛合金蜂窝声衬平板件,开展了10 h的声载-静载联合疲劳试验。试验结果表明:两类钛合金蜂窝声衬试件一阶共振频率均没有发生的明显变化,说明试件的整体刚度在试验前后没有发生改变。无损检测结果表明:蜂窝芯较高的钛合金声衬平板试件中部分出现了局部脱焊。

硬质薄膜与自润滑织物衬垫对磨的摩擦磨损性能研究

目的提高钛合金与自润滑织物衬垫对磨的耐磨性。方法采用多弧离子镀在TC4钛合金表面制备TiN和CrAlN硬质薄膜,利用扫描电镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪、销-盘摩擦磨损试验机、白光干涉扫描轮廓仪测试分析薄膜的形貌、结构、硬度、弹性模量、摩擦磨损性能和磨痕形貌。结果在相同的测试条件下,TC4钛合金与自润滑织物衬垫对磨时,能更快地进入稳定摩擦阶段,且平均摩擦系数最低,仅为0.12;TiN薄膜进入稳定摩擦阶段所用时间和摩擦系数较TC4钛合金稍有增加;而CrAlN薄膜进入稳定摩擦阶段的用时最长且平均摩擦系数最大。测量摩擦磨损后自润滑织物衬垫磨痕的二维轮廓发现,当与CrAlN薄膜对磨时,自润滑织物衬垫的磨痕深度最大,但磨损率最低,这主要是软质织物衬垫的不均匀磨损引起的。进一步分析发现,所有的试验销表面均形成了转移膜,但CrAlN薄膜表面形成的转移膜最薄,从而导致其摩擦系数最大,磨损率最低。深入分析自润滑织物衬垫磨痕形貌发现,与TC4钛合金对磨的自润滑织物衬垫的磨痕表现为磨粒磨损和纤维束的破损;与TiN薄膜对磨的自润滑织物衬垫的磨痕表现为区域损失和表面不规则的凹痕;与CrAlN薄膜对磨的自润滑织物衬垫的磨痕中纤维束破损严重。结论与自润滑织物衬垫对磨后,钛合金以及硬质薄膜表面均形成转移膜,CrAlN薄膜表面转移膜最薄,与之对磨的自润滑织物衬垫的磨损率最低。

超薄钛内衬复合材料高压气瓶力学特性分析

以卫星用超薄钛内衬T1000碳纤维增强复合材料高压气瓶为研究对象,基于各向同性材料弹塑性理论及复合材料层合板理论,建立三维有限元分析模型。通过对比分析金属内衬和复合材料层在不同内压下的位移、应力和应变分布规律,得到了这种气瓶在各承压工况下的力学特性,最后通过压力试验结果验证了有限元模型的准确性。研究结果表明:当内压超过气瓶的工作压力时,复合材料气瓶主要发生轴向变形,且内衬既有弹性变形又有塑性变形,复合材料层始终处于弹性变形。此外,气瓶爆破失效薄弱点在筒体与封头的过渡区域,在不均匀应变的作用下易沿环向发生撕裂而爆破。本文的研究成果可为超薄内衬复合材料高压气瓶的设计、试验等提供参考依据。

聚能装药钛合金药型罩研究

钛合金是一种新型药型罩材料,依据药型罩成分均匀、晶粒细小的要求,采用挤压精车工艺制备了钛合金药型罩。对材料进行了微观组织的金相观察和力学性能测试,了解材料组织、性能。通过材料形成射流的数值仿真与闪光X射线照片的参数对比,结合试验验证数据,认为钛合金药型罩射流基本连续、准直,可形成有效的聚能杀伤元,在对钢筋混凝土的侵彻过程中,既能保证较高穿深,又具有较大的侵彻孔径,有很好的应用前景。

粉末冶金工艺钛合金材料对药型罩破甲性能的影响

为研究粉末冶金工艺制备的钛合金药型罩对静破甲深度的影响系数,通过静破甲试验,结合静破甲深度经验公式,分析了不同药型罩材料的密度、抗拉强度等参数对破甲性能的影响规律。根据两型战斗部研制计算了钛合金药型罩材料对破甲的影响系数。结果表明:钛合金与钢材料药型罩的破甲性能基本相近,破甲影响系数平均为0.788,为进一步研究钛合金药型罩的破甲威力提供依据。

等温锻造TB6钛合金药型罩的组织与力学性能分析

药型罩要求高度对称性的材料晶体结构。对近β型TB6钛合金在β单相区进行了等温锻造,研究了锻造温度、变形速率和变形量对其晶粒尺寸和晶体取向分布特征的影响规律,优选出TB6钛合金药型罩的等温锻造工艺,并相应地制备了TB6钛合金锻件,对TB6钛合金锻件不同部位的显微组织和织构特征进行了分析。结果表明,β单相区等温锻造温度和变形速率是影响晶粒尺寸的最主要因素,晶粒尺寸随锻造温度的提高而增加;在较高温度下,晶粒尺寸随变形速率的降低显著增加。采用优选工艺制备的等温锻造TB6钛合金药型罩,经805℃固溶处理后,各部位晶粒尺寸均匀,但织构类型存在差异。

耐腐蚀结构过滤洗涤干燥三合一机的研究及开发

就耐腐蚀结构的过滤洗涤干燥三合一机的研究和开发进行了详细论述。着重论述了该机主要零部件的结构设计和材料选用,分析了该机的结构特点。

TB6钛合金药型罩的等温锻造制备工艺研究

药型罩是决定战斗部毁伤能力的关键部件,与传统药型罩相比,钛合金药型罩可实现侵彻深度和开孔孔径的良好匹配。研究变形温度、变形速率和变形量对α+β相区等温锻造TB6钛合金显微组织和织构特征的影响规律,用优选工艺制备TB6钛合金药型罩试样,对其组织和力学性能进行表征。结果表明:经α+β相区等温锻造,TB6钛合金平均晶粒尺寸随锻造温度升高增加,织构强度随变形速率降低减弱。用优选工艺制备的等温锻造TB6钛合金药型罩经固溶时效处理后,各部位晶粒尺寸均匀,沿药型罩圆锥母线方向的室温拉伸平均抗拉强度为1128 MPa。

航空发动机钛合金声衬热振响应特性

针对高温振动环境下钛合金声衬动响应变化规律及疲劳失效问题,以仿真分析和试验相结合的方法开展钛合金声衬高温环境下的振动特性研究。研究结果表明:200℃下钛合金声衬1阶固有频率计算结果和试验值吻合较好,误差在8%以内。在40g振动激励下,通过对比仿真结果与试验结果发现速度响应的误差在26%以内,验证了仿真分析方法的可用性与准确性。使用该数值方法计算了热振环境下声衬的应力分布,发现声衬应力最大位置出现在蜂窝芯上,面板的应力水平整体相对较低;随着蜂窝芯高度和厚度的增大,声衬的应力水平会下降,而声衬的应力水平会随着面板厚度得增大而升高;孔径的大小对声衬强度影响可以忽略。

TB6药型罩锻造过程的织构模拟及与铜和钽锻造的对比

模拟了药型罩用TB6钛合金在不同锻造工艺下的织构形成规律,并与钽和铜的模拟结果对比。首先通过实验与模拟进行对比,验证模拟的可行性,其次通过有限元方法模拟分析了TB6钛合金四方拔长过程中不同部位温度、等效应力和等效应变的差异,之后利用VPSC(粘塑性自洽模型)模拟不同材料锻造工艺下的织构演变规律并进行对比分析。结果表明,体心立方β相和钽中心织构与边部存在较大的不均匀性,面心立方铜织构类型波动较小;多边拔长有利于弱化四方拔长过程中产生的平行于轴向的{110}强织构;压缩型织构在以后的拔长过程中依旧可以保留。

新型盘式制动器衬片的研制及性能研究

设计研发安全环保和高性能的汽车制动器衬片是当前汽车行业研究重点。本文以钛基摩擦材料作为汽车制动器衬片的制备主料,分析确定了影响制动器衬片性能的材料配比;同时通过改进原料预处理工艺和压制成型工艺,进一步稳定了制动器衬片的摩擦性能。研究结果表明:改进后的制动器衬片在0~350℃范围内摩擦系数达到0.37~0.47,平均磨损率0.18(10-7cm^(3)/Nm),耐高温性能可达680~700℃。最后,通过综合分析法对试验数据进行分析,确定了汽车制动器衬片的最佳制备方案。

排气道钛合金环形声衬声学特性试验

根据钛合金蜂窝声衬潜在的应用环境,提出了考虑温度梯度影响的环形声衬消声效果的试验方法并研制了模拟发动机风扇排气道声学试验台,开展了钛合金环形声衬的声学特性试验研究。针对2500 Hz、2阶周向模态的入射噪声和马赫数为0.2的切向来流工况,设计并制备了钛合金环形声衬,分别通过管道内声模态测试和远场指向性测试研究钛合金环形声衬的声学特性。试验结果表明:设计的钛合金声衬在目标工况下管道内降噪量为31.9 dB,远场1 m半径、30°~120°范围内的降噪量都超过20 dB;增加切向流速会扩展降噪频谱带宽,使降噪频谱峰值由低频向高频移动;增加背板温度对降噪频谱带宽几乎没有影响,但会使得降噪频谱峰值由低频向高频移动。

不同罩材聚能装药对多层介质侵彻的实验与数值模拟

为实现聚能装药对多层介质的大破孔侵彻,提出了钛合金药型罩聚能装药设计方案。采用实验与数值模拟相结合的方法,对钛合金、低碳钢及紫铜罩聚能装药侵彻多层介质进行了研究,分析了钛合金聚能侵彻体相对于紫铜和低碳钢侵彻体在成型过程中,其动能、头部速度及射流长度等的差异,并对侵彻过程中应力波的传播特性进行了分析。结果表明:相对于紫铜和低碳钢,钛合金罩聚能侵彻体的能量转换率高,所获得的动能大,头尾速度梯度小,外形更为短粗;虽对多层介质侵彻时侵彻深度有所减小,但漏斗坑尺寸明显增大,且平均破孔孔径提高了约20%。