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振幅对超声辅助磨削C/SiC复合材料表面形貌的影响

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表面技术 2022年第7期51卷 263-273页

作者：戴槟李晓舟许金凯王晶东陈广俊王茂旬王深长春理工大学跨尺度微纳制造教育部重点实验室长春130012

目的通过超声振动辅助磨削加工技术加工C/SiC复合材料可以改变材料的去除方式,通过改变超声振幅能够提高材料去除率并获得较好的表面质量,从而成为C/SiC复合材料的新型加工方式。方法采用超声辅助磨削技术对C/SiC复合材料进行加工,通过... 详细信息

目的通过超声振动辅助磨削加工技术加工C/SiC复合材料可以改变材料的去除方式,通过改变超声振幅能够提高材料去除率并获得较好的表面质量,从而成为C/SiC复合材料的新型加工方式。方法采用超声辅助磨削技术对C/SiC复合材料进行加工,通过改变超声振幅,观察C/SiC复合材料在不同切削角度下的纤维去除机理、纤维断裂形式,测量不同切削角度下工件表面粗糙度Sa。结果磨削过程中C/SiC复合材料的去除方式以脆性去除为主,纤维损伤形式以纤维断裂、纤维破碎为主。增大超声振幅后,纤维断裂形式增大并伴随出现基体破碎现象。随着超声振幅的增大,不同切削角度(0°、45°、90°、135°)下测得的表面粗糙度Sa显著减小,降低约15%~41%。结论由于超声振动的作用,C/SiC复合材料在不同切削角度(0°、45°、90°、135°)下的材料去除方式发生改变,相比于常规磨削的纤维断裂形式,施加超声振动后,磨削过程中产生的纤维折断和基体破碎被去除,在提高材料去除率的同时,表面质量明显提高。随着超声振幅的增大,不同切削角度(0°、45°、90°、135°)下的表面粗糙度Sa都减小,且减小程度也不同,减小程度由大到小的顺序为45°>135°>90°>0°。

关键词： C/SiC复合材料超声辅助加工表面质量表面粗糙度

激光-磨削复合加工2.5维C/SiC复合材料凹槽

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复合材料学报 2022年第12期39卷 6028-6041页

作者：王健陈冰徐虎焦浩文苏飞湖南科技大学机电工程学院湘潭411201

针对2.5维碳纤维增强碳化硅陶瓷基(c/sic)复合材料凹槽在激光加工后存在一定的烧蚀氧化层、侧壁倾斜、底面不平坦和磨削加工后易出现破碎、纤维断裂、刀具磨损、形状精度低、效率低等问题,提出激光-磨削复合加工的方法。为探索激光-磨... 详细信息

针对2.5维碳纤维增强碳化硅陶瓷基(c/sic)复合材料凹槽在激光加工后存在一定的烧蚀氧化层、侧壁倾斜、底面不平坦和磨削加工后易出现破碎、纤维断裂、刀具磨损、形状精度低、效率低等问题,提出激光-磨削复合加工的方法。为探索激光-磨削复合加工2.5维C/SiC复合材料凹槽的可行性,进行了激光加工、磨削加工和激光-磨削复合加工凹槽的对比实验。研究表明:激光加工后的凹槽侧壁倾斜约23°,底面和侧壁表面质量均较差,但加工效率高;磨削加工后的凹槽表面质量得到一定提升,但是由于砂轮磨损剧烈,使磨削后的凹槽形状精度极差,且加工效率较低;而激光-磨削复合加工后的凹槽侧壁倾斜度被去除,砂轮磨损大幅降低,表面质量显著提升,凹槽表面粗糙度比磨削后的表面粗糙度提高了1.27~1.96倍,加工时间约为磨削加工的0.3倍。因此,激光-磨削复合加工不仅能克服激光加工和磨削加工的缺点,还能发挥激光加工效率高和磨削加工精度高的特点,同时兼顾了2.5维C/SiC复合材料凹槽加工的质量和效率。该研究结果可为2.5维C/SiC复合材料凹槽的高效、精密、低损伤加工提供理论支持。

关键词： C/SiC复合材料激光-磨削复合加工侧壁倾斜表面质量砂轮磨损

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C/SiC复合材料连接结构拉脱失效机制

复合材料学报 2023年第12期40卷 6852-6858页

作者：李志强吴振强杨凌霄李尧刘宝瑞北京强度环境研究所可靠性与环境工程技术重点实验室北京100076 北京临近空间飞行器系统工程研究所北京100076

通过c/sic陶瓷基复合材料连接结构单轴拉伸试验,研究了连接结构拉脱失效过程的力学性能变化规律,结合应变测量、高速摄像、cT检测等测试手段从宏观角度和细观角度探究了连接结构拉脱失效过程中的损伤演化过程,确定了陶瓷基复合材料连接... 详细信息

通过c/sic陶瓷基复合材料连接结构单轴拉伸试验,研究了连接结构拉脱失效过程的力学性能变化规律,结合应变测量、高速摄像、cT检测等测试手段从宏观角度和细观角度探究了连接结构拉脱失效过程中的损伤演化过程,确定了陶瓷基复合材料连接结构拉脱失效机制。结果表明:由于螺纹部位沉积及接触状态的差异,导致不同连接结构的初始刚度不一致;随着位移不断增加,连接部位的刚度趋于一致。加载过程中螺纹孔附近受到挤压产生损伤并发生分层现象;当螺纹孔局部的损伤达到一定程度时,连接结构达到最大承载能力,此时随着位移继续增加螺钉开始拉脱,承载能力开始下降,直至螺钉完全拉脱拔出。

关键词： C/SiC复合材料连接结构拉脱失效损伤演化 cT检测

基于声发射信号频谱特征的2D C/SiC复合材料损伤模式实时分析

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Acta Mechanica Sinica 2022年第10期38卷 107-124页

作者：曾翔龙邵红艳潘容王波邓琼张程煜索涛 School of Aeronautics Northwestern Polytechnical UniversityXi’an710072China AEcc sichuan Gas Turbine Research Establishment Chengdu610500China School of Materials Science and Engineering Northwestern Polytechnical UniversityXi’an710072China

本研究将无监督模式识别与有监督模式识别相结合,实现对材料健康状况的实时监测.常温下完成拉伸试验后,采用无监督识别(k-mean++)标记声发射(AE)信号的频谱特征.以800和1000°c面内拉伸为实施例,采用有监督识别(K近邻(KNN))对损伤模式... 详细信息

本研究将无监督模式识别与有监督模式识别相结合,实现对材料健康状况的实时监测.常温下完成拉伸试验后,采用无监督识别(k-mean++)标记声发射(AE)信号的频谱特征.以800和1000°c面内拉伸为实施例,采用有监督识别(K近邻(KNN))对损伤模式进行实时识别.根据损伤识别结果,确定了二维C/SiC复合材料的4种主要拉伸损伤模式:基体开裂(122.6~201 kHz)、界面脱粘(201~294.4 kHz)、界面滑移(20.6~122.6 kHz)和纤维断裂(294.4~1000 kHz).根据二维C/SiC复合材料在常温和高温拉伸过程中的声发射能量积累曲线特征,分析其损伤演化机制.同时,利用谐波小波包精确计算了各损伤模式的损伤能量和损伤程度.识别结果表明,与以往研究相比,采用本声发射分析方法,具有更高的损伤识别灵敏度和准确性.

关键词： C/SiC复合材料纤维断裂损伤模式频谱特征损伤识别实时分析基体开裂声发射信号

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C/SiC复合材料碳纤维氧化烧蚀机理研究

工程热物理学报 2022年第4期43卷 1068-1072页

作者：俞逸斯李明佳李冬孙陈诚徐晓亮西安交通大学能源与动力工程学院热流科学与工程教育部重点实验室西安710049 航天材料及工艺研究所先进功能复合材料科技重点实验室北京100076 临近空间飞行器系统工程研究所北京100076

C/SiC复合材料具有强度高、耐高温等优点,在航空航天领域中应用广泛。本文采取实验测量与数值模拟结合的方法,针对C/SiC复合材料内碳纤维发生氧化烧蚀致使材料失效的问题展开了研究。首先,通过实验测量了不同温度、氧分压下碳纤维氧化... 详细信息

C/SiC复合材料具有强度高、耐高温等优点,在航空航天领域中应用广泛。本文采取实验测量与数值模拟结合的方法,针对C/SiC复合材料内碳纤维发生氧化烧蚀致使材料失效的问题展开了研究。首先,通过实验测量了不同温度、氧分压下碳纤维氧化失重速率并拟合了关系式;随后,基于关系式构建了氧化烧蚀模型;最后,采用格子玻尔兹曼方法(LBM)求解控制方程,对复合材料的氧化烧蚀特性进行了模拟研究。结果表明,随着温度升高,烧蚀速率控制因素会由反应速率逐渐转变为扩散速率;另外,数值模拟的结果表明,纯碳纤维材料的平均烧蚀速率约为C/SiC复合材料内碳纤维的2~27倍,且温度越高二者差异越大。本文的研究为C/SiC复合材料的抗氧化改进提供理论基础。

关键词：氧化烧蚀 C/SiC复合材料实验研究数值模拟

管状C/SiC复合材料高温空气氧化行为与宏细观建模研究

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无机材料学报 2024年

作者：全文心余艺平方冰李伟王松国防科技大学空天科学学院新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室

氧化损伤是影响火箭发动机用C/SiC复合材料喷管寿命的主要因素之一。为准确评估C/SiC复合材料喷管的氧化损伤，本研究以近似喷管结构的管状C/SiC复合材料为实验对象，研究了管状C/SiC复合材料在高温（900～1300 ℃）空气环境下的氧化行... 详细信息

氧化损伤是影响火箭发动机用C/SiC复合材料喷管寿命的主要因素之一。为准确评估C/SiC复合材料喷管的氧化损伤，本研究以近似喷管结构的管状C/SiC复合材料为实验对象，研究了管状C/SiC复合材料在高温（900～1300 ℃）空气环境下的氧化行为，包括其组成、结构及力学性能的演变规律，发现管状C/SiC复合材料在该高温空气环境下表现出受扩散控制的氧化特征，质量与剩余强度随时间呈幂函数趋势下降，下降速率与温度正相关。在此基础上，我们从氧化动力学与传质学理论角度，建立了管状C/SiC复合材料细观-宏观尺度氧化模型，对管状C/SiC复合材料高温空气氧化过程作了模拟，并对材料的质量与剩余强度作了预测，模型预测结果与实验数据拟合程度较高，可为C/SiC复合材料喷管的寿命评估提供参考。

关键词： C/SiC复合材料高温氧化氧化模型寿命预测

反应熔渗制备C/SiC复合材料的微观组织与性能

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稀有金属材料与工程 2020年第10期49卷 3382-3387页

作者：王鹏于艺金鑫于新民刘俊鹏张宝鹏航天特种材料及工艺技术研究所北京100074

采用反应熔渗法将熔融Si渗入c/c多孔体中制备了C/SiC复合材料。研究了包埋式布硅对c/c多孔体不同位置毛细吸附行为的影响以及对制备C/SiC复合材料密度的影响。反应熔渗制备的C/SiC复合材料内部存在残余的游离硅,经过除硅处理后游离硅显... 详细信息

采用反应熔渗法将熔融Si渗入c/c多孔体中制备了C/SiC复合材料。研究了包埋式布硅对c/c多孔体不同位置毛细吸附行为的影响以及对制备C/SiC复合材料密度的影响。反应熔渗制备的C/SiC复合材料内部存在残余的游离硅,经过除硅处理后游离硅显著减少,但其致密化程度有所降低,同时其抗弯曲强度明显下降。

关键词：反应熔渗 C/SiC复合材料游离硅

C/SiC复合材料空气耦合超声检测数值模拟

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复合材料学报 2021年第11期38卷 3737-3746页

作者：史思琪李飞龙金士杰林莉罗忠兵大连理工大学无损检测研究所大连116085

针对高孔隙率C/SiC复合材料空气耦合超声检测,引入考虑孔隙形貌的随机孔隙模型开展数值模拟研究。结合力学和声学性能测试计算材料弹性刚度矩阵,借助组织分析建立考虑孔隙微观形貌、孔隙率分别为5%、10%、15%的随机孔隙有限元模型,研究... 详细信息

针对高孔隙率C/SiC复合材料空气耦合超声检测,引入考虑孔隙形貌的随机孔隙模型开展数值模拟研究。结合力学和声学性能测试计算材料弹性刚度矩阵,借助组织分析建立考虑孔隙微观形貌、孔隙率分别为5%、10%、15%的随机孔隙有限元模型,研究了空气耦合超声透射法检测过程中超声波传播特征及典型缺陷的响应规律。结果表明:材料纵波声速约2830 m/s,横观各向同性五个独立弹性常数分别为158.149、88.589、34.141、15.288和13.793 GPa。孔隙呈长条状,随孔隙率增加,超声衰减逐渐增大;孔隙尺寸与波长的比值约在0.05~0.22范围,主要为瑞利散射机制。高孔隙率、复杂孔隙形貌显著影响超声波的传播过程,导致个别条件下声场指向性发生偏转,影响缺陷检测。当分层缺陷长度由0增加到25 mm时,接收信号幅值衰减增大,与无分层模型相比最大衰减增加33.9 dB。随着复合材料层板厚度的增加,超声衰减进一步增强,声场也将产生一定偏转,主要体现孔隙和分层的共同作用。计算结果与实验吻合较好,为高孔隙率C/SiC复合材料的高质量无损检测提供支撑。

关键词： C/SiC复合材料孔隙率空气耦合超声检测有限元模拟缺陷

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高温空气下C/SiC复合材料力学性能测试

国防科技大学学报 2021年第6期43卷 26-32,48页

作者：陈伟华王丽燕张晗翌季妮芝李冠姝马静中国运载火箭技术研究院空间物理重点实验室北京100076 哈尔滨工业大学化工与化学学院黑龙江哈尔滨150001 首都航天机械有限公司北京100076

测试了C/SiC复合材料在高温空气下的压缩、弯曲和拉伸性能,利用扫描电子显微镜分析复合材料在室温与高温条件下的断口微观形貌。结果表明:从室温升温到1000℃测试温度时,C/SiC复合材料的压缩强度由247 MPa降低至78 MPa,性能降低68%;弯... 详细信息

测试了C/SiC复合材料在高温空气下的压缩、弯曲和拉伸性能,利用扫描电子显微镜分析复合材料在室温与高温条件下的断口微观形貌。结果表明:从室温升温到1000℃测试温度时,C/SiC复合材料的压缩强度由247 MPa降低至78 MPa,性能降低68%;弯曲强度由480 MPa降低至277 MPa,性能降低42%;拉伸强度由247 MPa降低至152 MPa,性能降低38%。高温氧化导致界面退化,损伤材料基体与碳纤维结构,加剧了纤维断裂程度,改变了纤维与基体的结合状态,纤维增韧机制逐渐消失,导致复合材料性能下降。

关键词： C/SiC复合材料高温空气高温力学性能微观结构