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T300/648复合材料的湿热老化行为

机械工程材料 doi:10.11973/jxgccl201507009

在四种环境(温度71℃、相对湿度70％,温度71℃、相对湿度85％,温度85℃、相对湿度70％,温度85℃、相对湿度85％)下,对单向铺层的T300/648复合材料进行0～9 000 h的吸湿试验,研究了复合材料的吸湿特性、玻璃化转变温度、储能模量、化学结构以及树脂与纤维的界面形貌.结果表明:复合材料的吸湿曲线先呈线性增长,后逐渐趋于平缓,且温度越高、相对湿度越大,吸湿量越大;随着老化时间延长,树脂与纤维的界面发生弱化,但复合材料的化学结构没有明显变化,玻璃化转变温度和储能模量不断下降;吸湿量是影响玻璃化转变温度的主要因素,而界面性能则是影响力学性能的主要因素.

关键词: 复合材料 , 湿热老化 , 动态热力学性能 , 吸湿曲线

Si/Mullite/Er2SiO5新型环境障涂层的1350℃氧化行为

范金娟 , 常振东 , 陶春虎 , 王富耻

材料工程 doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2014.10.016

采用化学气相沉积与等离子喷涂相结合的方法在SiC/SiC复合材料表面制备了Si/Mullite/Er2 SiO5新型环境障涂层,并研究了其在1350℃下的氧化行为.通过SEM、EDS和XRD分析了环境障涂层在氧化过程中的结构成分变化.结果表明:带有Si/Mullite/Er2 SiO5环境障涂层试样氧化增重动力学曲线符合对数规律,前期氧化速率较高,随着氧化时间的增加逐渐趋于稳定,可以在1350℃下工作达400h.涂层失效主要是由于氧元素通过涂层扩散至黏结层与基体,使得黏结层与基体氧化,降低了黏结强度,从而使得涂层发生剥落.氧化试验过程中产生的纵向裂纹成为元素扩散通道,加速了氧化失效.

关键词: 新型环境障涂层 , 氧化行为 , 失效

低温等离子体处理对航空氟硅橡胶表面性能的影响

陈玉如 , 王云英 , 孟江燕 , 范金娟 , 孙旭

材料工程 doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2015.02.012

采用Ar,O2两种气氛对航空氟硅硫化橡胶(FS6265)表面进行低温等离子体(LTP)处理.用X射线光电子能谱(XPS)分析表面元素,测试表征了静态接触角、表面能及剥离强度;用扫描电子显微镜(SEM)及原子力显微镜(AFM)观察了表面形貌及表面粗糙度.结果表明:经Ar处理后,FS6265表面水接触角从101.5°降到19.0°,表面能从19.3mJ·m-2升高至73.2mJ·m-2;经O2处理后,水接触角降到25.5°,表面能升高至70.6mJ·m-2.SEM及AFM图像显示LTP处理后表面粗糙度增加.LTP处理后材料表面C、F元素含量下降,O元素含量大幅度提高,表面引入C-OH和C=O基团.LTP处理效果的时效性非常明显,FS6265经Ar,O2气氛处理后分别放置12,8h后表面性能的变化基本消失.

关键词: 低温等离子体 , 氟硅橡胶 , 表面改性 , 粘接性 , 接触角

平面编织复合材料层压板低速冲击后的压缩失效

范金娟 , 赵旭 , 陶春虎 , 程小全

高分子材料科学与工程

采用超声C扫描检测、断口分析、有限元分析等方法研究低速冲击损伤对G803/5224与G827/5224两种平面编织复合材料层压板失效行为的影响.结果表明,低速冲击后压缩载荷作用下,G803/5224层压板最终为剪切分层失效,G827/5224层压板最终为剪切屈曲失效,两种层压板低速冲击后压缩的失效模式与未受损伤层压板基本相同.建立了平面编织复合材料层压板的损伤扩展与失效模型,该模型的计算结果与试验结果吻合较好,可用于平面编织复合材料层压板的失效仿真.

关键词: 平面编织复合材料层压板 , 冲击损伤 , 压缩失效 , 失效仿真

树脂基碳纤维复合材料壁板前缘的断裂原因

范金娟 , 陶春虎 , 张宝才 , 赵旭

机械工程材料

某飞机上碳纤维T300增强的树脂基复合材料壁板前缘在使用过程中发生断裂,通过外观检查和断口观察分析了壁板前缘的断裂性质,井阐述了前缘的断裂过程;结合壁板的静力试验、有限元计算与无损检测,分析了断裂产生的原因.结果表明:壁板气流表面与横梁交界处是结构的薄弱部位,受到较大载荷后,主铺层组与弯曲铺层组之间存在的缺陷使得该部位首先开裂,然后发生分层剥离,最后在金属铆接与壁板气流表面交界处发生断裂.指出复合材料结构在设计上应充分考虑工艺是否能满足结构完整性的要求及结构可能受到的突发外栽.

关键词: 复合材料 , 壁板 , 断裂 , 结构完整性

加载速率对硅橡胶拉伸断裂行为的影响

范金娟 , 刘高远 , 章菊华 , 朱华

机械工程材料 doi:10.3969/j.issn.1000-3738.2007.12.020

为研究硅橡胶的拉伸断裂行为,以不同的加载速率对硅橡胶进行了拉伸试验,对拉伸试样断口进行了扫描电镜观察,对硅橡胶的断裂特征形成原因进行了分析,并对实际构件进行了对比分析.结果表明:随着加载速率的增加,硅橡胶的强度呈上升趋势,断裂伸长率略有降低,性能分散性减小;加载速率较低时,源区光滑平坦,呈镜面断裂特征;当加载速率达到500 mm·min-1时,源区、镜面区断裂特征发生变化,出现了明显的二次裂纹,且随着加载速率的增加,裂纹扩展区更加粗糙.

关键词: 硅橡胶 , 拉伸 , 加载速率 , 断裂行为 , 失效

氩弧焊接接头疲劳寿命预测

胡本润 , 陈勃 , 王利发 , 刘建中 , 吴学仁 , 范金娟

航空材料学报 doi:10.3969/j.issn.1005-5053.2005.03.007

对TA15钛合金板材进行氩弧焊对接焊后,加工成光滑疲劳试件进行R=0.5,0.06的高周疲劳S-N曲线测试.试验后对试样断口进行扫描电镜(SEM)分析发现,疲劳源大多位于焊接区域的气孔或夹杂等焊接缺陷处.以焊接处微观结构缺陷尺寸作为初始裂纹尺寸,采用基于裂纹闭合的全寿命预测模型,以焊接区域不同位置的长裂纹扩展速率曲线作为基线,利用J.C.Newman的FASTRAN II软件对焊接接头试件的疲劳寿命进行预测,发现采用焊缝边缘处的长裂纹扩展曲线预测结果与试验结果吻合较好.

关键词: 疲劳 , 寿命预测 , 氩弧焊接

缓冲器轴套夹布胶木失效分析

范金娟 , 李莹 , 姜涛 , 陶春虎

材料工程 doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2011.04.013

起落架缓冲器轴套在使用过程中发生开裂或断裂.通过外观检查、断口观察、性能测试等方法,结合缓冲器轴套夹布胶木的装配与受力情况,分析了缓冲器轴套断裂与裂纹产生的原因.实验结果表明:夹布胶木裂纹为疲劳裂纹,夹布胶木断裂也是疲劳开裂所致.疲劳裂纹与断裂的主要原因是轴套夹布胶木与铜套之间为过渡配合,二者之间存在间隙,油进入间隙后夹布胶木所受的拉应力远大于设计油压,且与油压呈线性关系,超出了夹布胶木的抗力,导致夹布胶木开裂.

关键词: 缓冲器 , 轴套 , 夹布胶木 , 断裂 , 裂纹

复合材料层合板低速冲击后的弯曲试验研究

邓立伟 , 范金娟 , 陈新文 , 王海鹏 , 王翔

航空材料学报 doi:10.3969/j.issn.1005-5053.2011.z1.046

对冲击后的5224/CF3052平面织物复合材料层合板进行了四点弯曲试验.分析了层合板在不同冲击能量下的损伤阻抗,包括:凹坑深度、损伤宽度和损伤面积;探讨了层合板在冲击和冲击后弯曲试验过程中的损伤过程、特征和机理;研究了凹坑深度对冲击后层合板弯曲性能的影响规律.结果表明:冲击试验时的冲击能量和损伤宽度,损伤面积无必然联系;层合板的弯曲性能主要受材料的拉伸性能控制;弯曲破坏时,层合板侧面的分层主要集中在受拉面一侧;当对受弯矩作用的复合材料结构进行强度设计时,有必要考虑冲击损伤导致的弯曲剩余强度降低;和冲击后压缩试验结果类似,凹坑深度与冲击后弯曲剩余强度,弯曲剩余模量的关系曲线存在拐点现象.

关键词: 复合材料层合板 , 低速冲击 , 损伤 , 弯曲剩余强度 , 弯曲剩余模量