平纹碳/碳复合材料指尖密封径向刚度特性多尺度研究

作     者：宋丹龙 王源昊 华珂伊 杜春华 张延超 荆云娟 

作者机构：西安理工大学机械与精密仪器工程学院 陕西元丰纺织技术研究有限公司 

出 版 物：《航空学报》 (Acta Aeronautica et Astronautica Sinica)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家自然科学基金((51805429、52075436) 

主　　题：指尖密封 C/C复合材料 平纹编织 多尺度建模 刚度特性 

摘      要：碳纤维增强碳基体（C/C）复合材料具有自润滑、耐磨损等优良性能，与动密封技术需求和应用环境相匹配，可以显著提高指尖密封的服役寿命，但是各向异性的力学性能、非均质的微观结构和复杂的曲线构型导致C/C复合材料指尖梁的力学特性复杂多变，限制了指尖密封的封严效果和服役寿命的提高。因此，首先通过平纹编织C/C复合材料多尺度编织结构和性能分析，构建了C/C复合材料指尖密封片的多尺度有限元模型；然后，采用多尺度有限元法深入分析了铺层数量、径向位移以及不同位置的C/C复合材料指尖梁径向静刚度的变化规律和周向分布特性；最后，搭建了指尖梁径向刚度试验台，并对不同位置的C/C复合材料指尖梁径向静刚度进行了试验验证。研究结果显示：圆弧形指尖梁的载荷随径向位移的增大而线性增大，其径向刚度保持不变；三层碳纤维布的指尖梁径向刚度约是单层的3倍，周向分布指尖梁的径向刚度呈现先减小后增大的周期性分布规律，周期为90°，最小刚度约为最大刚度值的68%，较大的径向刚度差异会导致局部磨损和迟滞泄漏问题，以上研究为C/C复合材料指尖密封结构优化与性能研究提供了参考和依据。