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固体火箭发动机3D c/c材料喉衬热结构模拟与烧蚀行为

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稀有金属材料与工程 2022年第3期51卷 873-880页

作者：王富强陈建王坤杰崔红嵇阿琳谢栋白杨西安工业大学材料与化工学院陕西西安710021 西安航天复合材料研究所陕西西安710025

以高氯酸铵/端羟基聚丁二烯/Al三组元为推进剂,在压强6.5 MPa、工作时间20、60、95 s的烧蚀条件下,进行长时间的固体火箭发动机烧蚀,模拟计算了喷管3D c/c材料喉衬热平衡状态下的对流换热系数、温度场和应力场,结合计算结果分析了喉衬... 详细信息

以高氯酸铵/端羟基聚丁二烯/Al三组元为推进剂,在压强6.5 MPa、工作时间20、60、95 s的烧蚀条件下,进行长时间的固体火箭发动机烧蚀,模拟计算了喷管3D c/c材料喉衬热平衡状态下的对流换热系数、温度场和应力场,结合计算结果分析了喉衬各区的烧蚀特征与机理。结果表明:喉衬收敛段温度最高,烧蚀为氧化组分(H_(2)O、cO_(2)、H_(2))与表面碳发生的热化学烧蚀;喉径区换热系数最大,温度较高,内表面在应力作用下,烧蚀最为严重,为燃气热化学烧蚀、高速气流机械剥蚀及粒子冲刷的共同作用,表面呈现出微小的沟槽或裂纹,应力与氧化使喉衬在低于材料极限应力下发生分解破坏;出口段应力降低,温度明显下降,烧蚀率显著降低。喉衬烧蚀机理为温度、应力影响下燃气氧化组分与碳的热化学烧蚀、气流机械剥蚀和Al_(2)O_(3)颗粒侵蚀的联合作用。

关键词：喉衬热结构模拟烧蚀行为 c/c 固体火箭发动机

Mechanical analysis of c/c composite grids in ion optical system

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Applied Mathematics and Mechanics(English Edition) 2019年第11期40卷 1589-1600页

作者： Shuiqiang ZHANG Aijun LI Yuqin ZHENG Dongsheng ZHANG School of Engineering Huzhou UniversityHuzhou 313000Zhejiang ProvinceChina Shanghai Key Laboratory of Mechanics in Energy Engineering Shanghai 200072China Research center for composite Materials Shanghai UniversityShanghai 200444China Department of Mechanics Shanghai UniversityShanghai 200444China

The ion thruster is an engine with high specific impulse for satellites and spacecrafts,which uses electric energy to boost the *** ion optical system,also known as gate assemblies which consist of acceleration and screen grids,is the key component of the ion *** this paper,the static mechanical properties of the c/c composite grids are evaluated based on the structural *** volume element (RVE) is adopted to simplify the braded composite structure as a continuum *** dynamical behavior of the 100 mm ion thruster optics in the launch environment (1000g shock-load) is numerically modeled and simulated with the half-sine pulse *** impact response of the c/c and molybdenum gate assemblies on the stress distribution and deformation is *** simulated results indicate that the magnitudes of the normal displacement of the composite grids subject to the uniformly distributed load are on the same level as molybdenum grids although the normal stiffness of the composite grids is much *** subject to impact loading,the stress distribution in the c/c composite grids is similar to molybdenum grids while the stress magnitude is much *** finding shows that the c/c gate assemblies outperform molybdenum grids and meet the requirement of long lifetime service in space travel.

关键词： ion optical system c/c composite grid mechanical analysis

The effect of applied stress on damage mode of 3D c/c composites under bend-bend fatigue loading

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Science china(Technological Sciences) 2007年第1期50卷 97-102页

作者： LIAO XiaoLing LI HeJun XU WenFeng LI KeZhi Research center of carbon/carbon composites National Key Laboratory of Ultrahigh Temperature CompositesNorthwestern Polytechnical UniversityXi’an 710072China chemistry and Environment Science Department Chongqing University of Arts and SciencesChongqing 402160China

The bend-bend fatigue behavior of 3D integral braided carbon/carbon composites (3D c/c) was examined. Fatigue test was conducted under load control at a sinu-soidal frequency of 10 Hz to obtain stress-fracture cycles (S-N) relationship. The fatigue limit of the c/c was found to be 203 MPa (92% of the static flexural strength), the lag loops of fatigue load-displacement were transformed from elasticity to anelasticity and the flexibility of specimens were enhanced with increase in applied stress. It is revealed that the interfacial sliding abrasion played an important role in the fatigue failure process, and the extent and speed of sliding abrasion were con-trolled by the level of applied stress.

关键词： 3D c/c composites bend-bend fatigue lag loop damage mode

Effect of infiltrating Si on friction properties of c/c composites

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Journal of central South University of Technology 2003年第3期10卷 173-176页

作者：马运柱黄伯云熊翔肖鹏李江鸿黄启忠易茂忠 State Key Laboratory for Powder Metallurgy Central South University Changsha 410083 China

In order to improve the friction-wear properties of the c/c composites for aircraft brake pairs, the fric-tion behavior of samples with infiltrating Si was investigated. The influence of Si smearing thickness on frictionproperties was studied in detail. The results show that with the increase of Si smearing thickness and β-Sic content,the friction coefficient reduces from 0.40 to 0.30; the linear wear of stators increases from 2.0 μm to 18.9 μm percycle, and that of rotors increases from 1.4 μm to 22.6 μm per cycle; mass wear of stators increases from 20.6 mgto 126.9 mg per cycle, and that of rotors increases from 13.7 mg to 166.2 mg per cycle. On the other hand, whena large number of inhomogeneous β-Sic particulates are performed, friction surfaces of the samples flake off layer bylayer and many nicks are observed.

关键词： c/c composites inflitrating Si modifying property friction mechanism

高温热处理c/c对c/c配对c/c-Sic摩擦学性能的影响（英文）

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新型炭材料 2019年第5期34卷 472-481页

作者：欧阳曦李专肖鹏陈冠一李金伟刘鹏飞中南大学高强度结构材料科技实验室湖南长沙410083 中南大学粉末冶金国家重点实验室湖南长沙410083

采用化学气相渗透法(cVI)工艺制备c/c复合材料,然后在2300℃处理其中一个c/c试样。通过化学气相渗透法结合液体硅渗透法(LSI)制备c/c-Sic复合材料。为了提高制动的稳定性并期望克服c/c和c/c-Sic自磨的缺点,在MM-3000型摩擦磨损试验机上... 详细信息

采用化学气相渗透法(cVI)工艺制备c/c复合材料,然后在2300℃处理其中一个c/c试样。通过化学气相渗透法结合液体硅渗透法(LSI)制备c/c-Sic复合材料。为了提高制动的稳定性并期望克服c/c和c/c-Sic自磨的缺点,在MM-3000型摩擦磨损试验机上研究了c/c配对c/c-Sic摩擦副的摩擦学性能。结果表明,经2300℃高温热处理(HTT)的c/c配对c/c-Sic的平均摩擦系数(cOF)为0.280,稳定摩擦系数为0.65,而没有经过高温热处理的c/c配对c/c-Sic摩擦副的平均摩擦系数及稳定摩擦系数分别为0.451和0.55。经过2300℃高温热处理和没经过高温热处理的c/c的线磨损率分别为8.9μm/(slidecycle)和3.7μm/(slidecycle)。由于高温热处理会引起碳软化,导致了经过2300℃高温热处理的c/c磨损率增加。总之,经过高温热处理的c/c配对c/c-Sic在提高稳定摩擦系数的同时不能改善其他摩擦磨损性能。c/c配对c/c-Sic的磨损机理主要是磨粒磨损,氧化磨损和疲劳磨损。

关键词： c/c c/c-Sic 高温热处理摩擦学性能

纤维种类对c/c复合材料力学及摩擦磨损性能的影响

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新型炭材料 2020年第1期35卷 26-33页

作者：王连毅罗瑞盈商海东崔光远北京航空航天大学物理学院北京100191

为了制备性能优异、成本低廉的炭/炭(c/c)复合材料,以聚丙烯腈(PAN)基炭纤维预氧丝纤维(OPF)和炭纤维(cF)为原料,采用化学气相渗积致密化工艺,制备出两种密度均为1.7 g/cm^3左右的c/c复合材料,研究了不同种类纤维c/c复合材料的力学性能... 详细信息

为了制备性能优异、成本低廉的炭/炭(c/c)复合材料,以聚丙烯腈(PAN)基炭纤维预氧丝纤维(OPF)和炭纤维(cF)为原料,采用化学气相渗积致密化工艺,制备出两种密度均为1.7 g/cm^3左右的c/c复合材料,研究了不同种类纤维c/c复合材料的力学性能及不同刹车条件下的摩擦磨损性能,并观察其微观结构,分析纤维种类对摩擦磨损性能的影响机制。结果表明:两种c/c复合材料弯曲性能均表现出假塑性断裂,且弯曲强度相近,弯曲强度分别为127 MPa(cF c/c复合材料)、113 MPa(OPF c/c复合材料);OPF c/c复合材料的层间剪切强度为13.4 MPa,较cF c/c复合材料的层间剪切强度(10.01 MPa)提高了30.26%;与炭纤维相比,采用预氧丝作为原材料更易获得粗糙层热解炭,并且预氧丝纤维的硬度较低,易磨合形成光滑的摩擦面,在不同的刹车条件下,以预氧丝为原料制备的c/c复合材料具有更稳定的摩擦系数和更低的线性磨损;当刹车压力为0.65 MPa,刹车速度为20~25 m/s时,OPF c/c复合材料的摩擦系数稳定在0.35附近,同时表现出良好的抗磨损性能,线性磨损为1.3~1.5μm/(面·次)。

关键词：纤维种类 cVI c/c 弯曲强度摩擦磨损性能

c/c热防护结构弹性波仿真分析方法及损伤对弹性波的影响

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复合材料学报 2019年第10期36卷 2448-2457页

作者：袁慎芳刘凌峰邱雷陈健刘安琪南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室结构健康监测与预测研究中心

热防护结构(Thermal protection structures,TPS)作为可重复使用航天飞行器的关键结构,其安全性和可维护性至关重要。已有的针对可重复使用航天飞行器TPS的结构健康监测的研究不多,特别是c/c、c/Sic等复合材料制造的TPS。针对可重复使... 详细信息

热防护结构(Thermal protection structures,TPS)作为可重复使用航天飞行器的关键结构,其安全性和可维护性至关重要。已有的针对可重复使用航天飞行器TPS的结构健康监测的研究不多,特别是c/c、c/Sic等复合材料制造的TPS。针对可重复使用航天飞行器c/c TPS,研究其基于主动弹性波的结构健康监测方法。提出了一种TPS弹性波数值仿真方法,在验证方法有效性的基础上,开展了面向c/c TPS损伤监测的弹性波传播特性研究,从信号时域特征、弹性波传播波场、损伤散射信号、损伤散射信号波场及损伤因子5个方面全面分析了弹性波在c/c TPS中的传播特性及损伤带来的影响。结果表明,当分层损伤边长大于25mm后,损伤因子剧烈变化,因此采用基于弹性波的结构健康监测方法可以很好地监测c/c TPS内部分层损伤及损伤的扩展情况。

关键词：热防护结构(TPS) c/c 弹性波损伤监测数值仿真

c/c-Al_2O_3梯度功能复合材料改性研究

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固体火箭技术 2004年第4期27卷 304-307页

作者：曾晓梅李铁虎刘红林马拯西北工业大学材料工程学院西安710072 中国航天科技集团公司四院四十三所西安710025 中国海军驻四院军代室西安710025

采用炭纤维表面涂层与基体改性方法相结合,对所制的c/c Al2O3梯度功能复合材料界面性能进行了改进。研究了增强相炭纤维与陶瓷相Al2O3的界面结合强度这一关键技术,进行了热学、烧蚀、力学性能测试和微观结构分析。结果表明,添加ZrO2对... 详细信息

采用炭纤维表面涂层与基体改性方法相结合,对所制的c/c Al2O3梯度功能复合材料界面性能进行了改进。研究了增强相炭纤维与陶瓷相Al2O3的界面结合强度这一关键技术,进行了热学、烧蚀、力学性能测试和微观结构分析。结果表明,添加ZrO2对基体进行改性,使材料的强度提高了39.1%,热导率降低至0.902W/(m·K)(800℃);采用炭纤维表面Sic涂层处理能有效改善复合材料的界面性能,使材料强度提高了3倍,达到约70MPa。

关键词：基体改性 Al2O3 梯度功能复合材料炭纤维 Sic涂层界面性能 ZrO2 c/c 增强相界面结合强度

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聚酰亚胺改性c/c复合材料的制备及性能

复合材料学报 2019年第1期36卷 186-191页

作者：耿真真李红杨敏任慕苏孙晋良上海大学复合材料研究中心上海200072

采用针刺成型、化学气相渗透(cVI)、真空浸渍及固化成型工艺制备了c/c-聚酰亚胺(c/c-PI)复合材料,研究了这种新型防热结构材料的弯曲性能、导热性能及热膨胀性能。结果表明:c/c-PI复合材料XY向和Z向弯曲强度分别为120.75MPa和40.33MPa,... 详细信息

采用针刺成型、化学气相渗透(cVI)、真空浸渍及固化成型工艺制备了c/c-聚酰亚胺(c/c-PI)复合材料,研究了这种新型防热结构材料的弯曲性能、导热性能及热膨胀性能。结果表明:c/c-PI复合材料XY向和Z向弯曲强度分别为120.75MPa和40.33MPa,较c/c复合材料分别提高了17.92%和20.57%,表现出更优异的弯曲性能;c/c-PI复合材料热导率随温度变化不显著,XY向和Z向热导率均在150℃达到最大值,分别为29.88W(m·℃)-1和9.93W(m·℃)-1,较c/c复合材料分别降低了47.02%和56.12%;随温度升高,c/c-PI复合材料的线膨胀系数呈线性缓慢增长,数值保持低于4×10-6 K-1,尤其XY向较Z向具有更低的线膨胀系数,可满足热结构件尺寸稳定性的使用需求。

关键词：聚酰亚胺 c/c 弯曲强度热导率线膨胀系数