三维编织Cf/Al复合材料缺口拉—拉疲劳及T型件静弯曲性能的研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jansan77
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
三维编织Cf/Al复合材料以其较高的比刚度、比强度,较低的密度在航空领域具有广阔的应用前景,三维编织技术使编织预制体具有良好的可设计性,为航空飞行器复杂零部件的整体成型创造了条件。航空发动机中经常会遇到由于装配需求或冲击磨损造成的缺口部件,以及结构复杂、形状奇特的异型件,为保证三维编织Cf/Al复合材料在航空发动机上安全使用,研究三维编织Cf/Al复合材料缺口部件的疲劳性能和异型件的力学性能是很有必要的。本文以ZL301为基体,M40J碳纤维为增强体材料,采用真空压力浸渗工艺制备了三维五向编织的Cf/Al复合材料双边V型缺口试样和三维五向与叠层缝合复合编织的Cf/Al复合材料T型件,测试并分析了试件的致密度、微观组织、元素分布、物相组成,对T型件进行了DR无损检测。对三维五向编织Cf/Al复合材料进行缺口拉-拉疲劳试验,对静子叶片典型化处理后得到的三维编织Cf/Al复合材料T型件进行室温(25℃)和高温(350℃)下的弯曲性能测试。主要结论如下:致密度测试和微观组织观察结果表明,三维编织Cf/Al复合材料缺口试样与T型件的致密度分别为96.98%、98.36%,缺口试样与T型件除个别地方存在少量束内纤维偏聚和浸渗微孔外,总体组织致密,内部结构完整,物相主要由Al、C和Al3Mg2组成。缺口试样缺口处纤维断口整齐,切断纤维末端呈“笋尖”状,纤维被切断后与基体结合良好。DR无损检测结果显示,三维编织Cf/Al复合材料T型件整体结构完整,纤维均匀分布,内部纤维结构无明显缺陷。三维五向编织Cf/Al复合材料缺口试样拉-拉疲劳试验结果表明,缺口试样平均静拉伸强度为615.9MPa,拉-拉疲劳极限为460MPa左右,此时应力水平为74.7%。循环载荷越大,滞回曲线的平均面积越大,滞回曲线数量越少;同一循环载荷下,拉-拉疲劳循环次数越多,滞回曲线累积面积越大,试样损伤越大。缺口试样在一定的循环区间内存在疲劳刚度变大的现象。缺口试样在460MPa下拉-拉疲劳循环10000和50000次的平均剩余强度分别为602.3MPa和574.3MPa,循环10000次比循环50000次的平均剩余强度高4.6%。拉-拉疲劳断口形貌表明,缺口的存在导致缺口处应力集中以及三维五向编织结构的破坏,使得载荷作用下缺口处率先产生裂纹并扩展至纤维表面,纤维断裂拔出,最终导致试样在缺口处断裂失效。同种载荷不同的载荷加载方式,导致三维五向编织Cf/Al复合材料缺口试样在脆性断裂的情况下产生了不同的断口形貌。静拉伸失效断口处,纤维束内大簇纤维被拔出,留下较大的“孔洞”,纤维束开裂,纤维束周围部分纤维呈松散状,但纤维与表层基体仍保有一定的结合。拉-拉疲劳失效断口处,表层基体严重开裂,基体呈“鳞片”状剥落,纤维裸露,纤维束内大量小簇纤维断裂拔出,留下的“孔洞”小而密集,大部分纤维呈松散状态。剩余强度测试失效断口处,既有大簇的纤维束开裂和断裂拔出,也有较高程度的纤维松散。三维编织Cf/Al复合材料T型件在室温(25℃)和高温(350℃)下的弯曲强度分别为384.2MPa、214.6MPa,高温(350℃)相较于室温(25℃)弯曲强度下降了44.1%。T型件弯曲初始阶段载荷-位移曲线呈线弹性特征,室温(25℃)弯曲刚度高于高温(350℃)。T型件在室温(25℃)和高温(350℃)下弯曲失效后呈现出“假塑性”特征,但它们都保有较好的完整性,失效的形式也基本相同,都是T型件根部连接处的弯曲变形,受拉面的基体开裂以及受压面的基体“鼓包”。根部处弯矩最大是其失效的主要原因。设定参数下的模拟结果与试验结果吻合,该参数下的模拟对T型件弯曲试验具有指导意义。
其他文献
镁合金作为一种金属结构材料,具有低密度、高比强度以及良好电磁屏蔽性,被广泛应用于航空、能源、汽车和通信等领域。传统的镁合金部件制造过程工序多、加工周期长、材料利用率低,电弧增材制造(Wire arc additive manufacturing,WAAM)技术作为一种快速成形技术,沉积速率快、材料利用率高,尤其适用于大型镁合金构件的快速制造。WAAM沉积过程为非平衡凝固,复杂的热循环导致内部元素偏
学位
铝/铜复合结构件在电子元器制造件、太阳能集热器和过渡设备线夹等领域应用广泛,而添加Zn-Al焊丝后的Al/Cu激光填丝熔钎焊接头有望提高结构件的工作效率。在Al/Cu焊接件的实际服役过程中,往往面临着湿热盐雾或电化学环境等腐蚀危害,而材料的耐腐蚀性能对结构件的综合性能影响极大,因此亟需对Al/Cu激光填丝熔钎焊接头的腐蚀行为进行研究。本文主要对添加Zn-5%Al焊丝的Al/Cu激光熔钎焊接头腐蚀行
学位
高镍三元NCM811正极材料因具有高能量密度、优良的压实密度、良好的热稳定性、高安全性、以及潜在的市场前景等优势受到越来越多的研究者的关注。但是高镍三元材料从首次被制备出来到现在一直存在容量衰减快、高的倍率性差、首次充放电效率偏低等问题。为了解决高镍三元正极材料的问题,研究者通常使用体相掺杂和表界面修饰等技术进行改性。本论文采用商业高镍三元Li Ni0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)正
学位
室内场景布局估计指基于室内场景图像估计场景的整体空间结构,是室内导航、虚拟现实、增强现实等应用的关键技术之一。传统方法大多通过人工设计特征检测器来提取灭点、消失线,以此构造布局结构,算法通用性不强。目前的基于深度学习的布局估计方法通过深度神经网络提取图像的高级语义特征,直接预测室内布局结构。虽然深度学习方法在精度、鲁棒性上都有较大提升,但定位被严重遮挡的布局边界仍存在巨大挑战,而且现有的网络结构复
学位
本文以高压加热器常用的TP439不锈钢作为研究对象,研究了TP439不锈钢在不同高温水蒸气条件下的氧化行为以及高温水蒸气与应力耦合作用下的氧化和失效行为。通过改变氧化温度、应力加载方式、速率和大小等因素探明水蒸气与应力作用下的氧化动力学规律。通过场发射电子扫描显微镜观察试样在高温水蒸气中氧化后的显微结构。利用能谱仪及X射线衍射仪分析膜层的表面成分及相结构。采用SEM、3D显微镜、XPS及EDS分析
学位
FCC结构高熵合金由于强度低和耐磨性差在结构材料上的应用受到限制,利用金属间化合物强化设计的多相HEAs可获得优异的综合性能,但含金属间化合物的多相HEAs设计的复杂性和多样性使其具有巨大的挑战。本文在CoCuFeMnNi体系高熵合金上添加不同的元素(Nb、V和Cr)促进金属间化合物的形成,通过电弧熔炼制备了 CoCuFeMnNbxNi 和 CoCrxCuFeMnNiV 高熵合金(x=0,0.25
学位
社会生产中金属基材料的应用环境越来越严苛,近年来耐蚀耐磨的铁基非晶合金受到广泛关注,但受限于其较差的成形能力,只能通过表面涂层的方式进行应用。随着复合材料的发展,添加增强相制备铁基非晶基复合涂层,成为突破铁基非晶合金应用限制的可行方法,对复合涂层的结合机理及性能的研究也成为了急需解决的问题。本课题选择具有代表性的Fe Cr Co Mo CBY铁基非晶体系和典型的WC增强相制备铁基非晶复合涂层,从非
学位
近年来,随着结构材料日益趋于轻量化,各应用领域对轻质合金的需求愈加强烈。但是,受限于传统合金的设计理念,目前的轻质合金都存在一些不足,如铝合金断裂韧性差;钛合金变形抗力和耐磨性差,不易切削,价格昂贵;镁合金对应力集中很敏感,而且在潮湿大气中的耐蚀性较差,这些问题都限制着目前轻质合金的发展与应用。高熵合金(HEA)凭借其优越的力学性能以及功能特性,成为当今材料领域的一大研究热点。然而,大多数高熵合金
学位
随着科技的不断发展,产生了大量的余热,例如:家庭供暖、汽车尾气和工业过程,而热电材料在废热回收和太阳能热利用方面的应用很有前景。热电材料可以分为无机热电材料和有机热电材料,有机热电材料由于成本低、重量轻、机械柔性和大面积低温溶液可加工性等优点逐渐受到了科研人员的重点关注。本文在引达省并二噻吩的基础上设计合成了三种带有离子型侧链官能团的P型有机小分子热电材料。首先选择三氯化铁(FeCl3)溶液作为掺
学位
镁锂合金作为世界上最轻的金属结构材料,凭借其巨大的轻量化优势、比强度高、疲劳强度高等优点,被广泛应用于航空、航天、交通等众多领域。本文提出将超塑性气胀成形工艺应用于镁锂合金加工中,首先通过热拉伸实验探索LZ91合金板材的热变形行为和超塑性变形机理;在此基础上,通过超塑性气胀成形工艺来成形0.5 mm厚LZ91合金自由胀形件和1.0 mm厚LA81合金筒形件,探究胀形件的成形性能和胀形机制,并对模具
学位