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陶瓷混杂点阵夹芯超结构的承载与抗多点侵彻性能

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应用数学和力学 2024年第8期45卷 1037-1046页

作者：郑冰倩强鹭升宋萧彤倪长也张瑞武汉纺织大学纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室武汉430200 武汉纺织大学纺织科学与工程学院武汉430200 南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016

轻巧、可承载、抗侵彻一体化超结构相较于传统承载结构与披挂装甲,可有效减轻质量并提高空间利用率,在军事装备与国防设施中具有广阔的应用前景.该文基于陶瓷混杂点阵夹芯超结构,对比了超结构与传统波纹结构在三点弯曲载荷下的承载⁃位... 详细信息

轻巧、可承载、抗侵彻一体化超结构相较于传统承载结构与披挂装甲,可有效减轻质量并提高空间利用率,在军事装备与国防设施中具有广阔的应用前景.该文基于陶瓷混杂点阵夹芯超结构,对比了超结构与传统波纹结构在三点弯曲载荷下的承载⁃位移曲线,并通过实验研究了超结构在多点弹道冲击下的防护性能与抗侵彻机理.研究结果表明,陶瓷混杂点阵夹芯超结构在弯曲载荷下主要发生陶瓷脆性断裂、面板塑性断裂与胶层开裂等失效,其承载能力高于传统波纹结构.此外,该文还发现冲击位置与芯体类型影响超结构的抗多发特性,陶瓷混杂蜂窝芯体超结构的抗多发性能优于陶瓷混杂波纹芯体超结构.波纹结构在纵向对陶瓷缺乏约束,而蜂窝芯体对陶瓷的约束作用更强,从而可限制陶瓷损伤面积,使得抗侵彻性能随着冲击次数的增多而基本保持一致.

关键词：超结构承载抗侵彻性能混杂

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金属熔融直写成形工艺射流沉积稳定性分析

机械工程学报 2024年第1期60卷 119-126页

作者：戎文娟单忠德王宝雨王佳琳王永威北京科技大学机械工程学院北京100083 中国机械科学研究总院先进成形技术与装备全国重点实验室北京100083 南京航空航天大学机电学院南京210016

金属材料增材制造具有工艺流程短、柔性可设计等优点,可满足复杂结构件单件小批量个性化需求,在众多金属增材制造工艺方法中,金属熔融直写成形具有成本低、效率高等优势。射流稳定性是影响金属熔融直写成形质量和精度的关键因素。针对... 详细信息

金属材料增材制造具有工艺流程短、柔性可设计等优点,可满足复杂结构件单件小批量个性化需求,在众多金属增材制造工艺方法中,金属熔融直写成形具有成本低、效率高等优势。射流稳定性是影响金属熔融直写成形质量和精度的关键因素。针对直写成形射流特点,分类建立了液滴流、曲张流、平滑流、波动流4种典型射流状态模型,模拟并分析了射流的演化过程,获得了修正后的金属射流连续段长度公式,以及射流沉积稳定性调控的关键因素;基于金属射流单道沉积工艺试验,获得了不同射流状态沉积后轨迹均匀性的基板速度调控范围。射流状态模型建立和沉积轨迹均匀性调控范围的获取,为金属熔融直写工艺形性调控提供理论依据。

关键词：金属增材制造金属熔融直写成形金属射流射流稳定性

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两种SLM制造铝合金超高周疲劳性能研究

航空工程进展 2024年

作者：殷海标姚卫星付定昆南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室

SLM(Selective Laser Melting)技术制造的铝合金在航空航天等行业得到了广泛的应用，但其存在气孔、LOF(Lack of Fusion)等严重影响疲劳性能的缺陷，且对其超高周疲劳性能和S-N曲线的研究鲜少。对航空航天结构常用的、典型厚度1 mm的SL... 详细信息

SLM(Selective Laser Melting)技术制造的铝合金在航空航天等行业得到了广泛的应用，但其存在气孔、LOF(Lack of Fusion)等严重影响疲劳性能的缺陷，且对其超高周疲劳性能和S-N曲线的研究鲜少。对航空航天结构常用的、典型厚度1 mm的SLM制造TiB2高强铝合金和AlMgScZr高强铝合金试件的超高周疲劳性能进行研究，通过自主设计的超高周疲劳试验机完成高达108循环疲劳试验，通过加权最小二乘法拟合得到两种材料的S-N曲线，对其断口进行OM (Optical Microscope)分析，并将其与普通铝合金的疲劳性能进行归一化对比。结果表明：AlMgScZr高强铝合金的疲劳性能略优于TiB2高强铝合金，两种SLM制造铝合金的静强度和疲劳强度要高于普通铝合金，但是相对疲劳强度要差于普通铝合金。

关键词：增材制造 SLM 铝合金超高周疲劳 S-N曲线

环境温度对二维编织SiC/SiC复合材料拉伸性能的影响研究

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推进技术 2024年第1期45卷 212-218页

作者：杜金康于国强庞洋龙张华军梁小强高希光宋迎东南京航空航天大学能源与动力学院航空发动机热环境与热结构工业和信息化部重点实验室江苏南京210016 中国航发四川燃气涡轮研究院四川成都610500 空军装备部驻成都地区第二军事代表室四川成都610500 中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心江苏南京211106 南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室江苏南京210016

为了研究环境温度对陶瓷基复合材料拉伸性能的影响,在室温和800℃,1000℃,1200℃惰性气体保护环境下开展了二维编织SiC/SiC复合材料的拉伸试验。采用数字图像相关技术采集了高温环境下试件的变形数据。通过光学显微镜和扫描电子显微镜... 详细信息

为了研究环境温度对陶瓷基复合材料拉伸性能的影响,在室温和800℃,1000℃,1200℃惰性气体保护环境下开展了二维编织SiC/SiC复合材料的拉伸试验。采用数字图像相关技术采集了高温环境下试件的变形数据。通过光学显微镜和扫描电子显微镜拍摄了试件的断口形貌。结果表明:800~1200℃内,二维编织SiC/SiC复合材料的拉伸应力-应变响应同样具有明显的双线性特征,初始线性段的弹性模量与室温测试结果相近,高温环境下第二线性段弹性模量低于室温环境;800~1200℃惰性气体环境下材料拉伸强度较室温环境低20%左右;温度主要影响材料中纤维与基体的结合状态和SiC纤维的强度。一方面,温度越高断口纤维拔出情况越严重;另一方面,温度越高SiC纤维强度越低,二维编织SiC/SiC复合材料强度也有所下降。

关键词：航空发动机陶瓷基复合材料二维编织SiC/SiC复合材料拉伸性能断口形貌

三维机织复合材料压缩渐进损伤分析与失效机理

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复合材料科学与工程 2024年

作者：郭秀梅王坤张楠李超周光明中材科技股份有限公司南京玻璃纤维研究设计院南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室

采用试验与仿真相结合的方法对三维机织复合材料在压缩载荷下的渐进损伤及失效模式进行了分析。通过对材料开展经纬向压缩试验，获得其应力-应变曲线，并基于材料的细观表征建立细观有限元单胞模型来模拟其应力-应变响应及损伤机理。结... 详细信息

采用试验与仿真相结合的方法对三维机织复合材料在压缩载荷下的渐进损伤及失效模式进行了分析。通过对材料开展经纬向压缩试验，获得其应力-应变曲线，并基于材料的细观表征建立细观有限元单胞模型来模拟其应力-应变响应及损伤机理。结果表明，通过仿真和试验的对比，认为有限元模拟结果与试验结果吻合较好。材料沿纬向的压缩模量和强度均高于经向；纬向压缩载荷下，三维机织复合材料失效的主要原因纬纱的压溃断裂，基体的开裂；经向压缩载荷下，经纱是弯曲纱，对基体及纬纱产生挤压作用，从而容易导致纱线之间的基体压溃，产生分层开裂。

关键词：三维机织复合材料压缩性能有限元模拟渐进损伤分析

掺杂改性氮化物基薄膜摩擦、腐蚀与抗菌性能的研究进展

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表面技术 2024年

作者：张懋达鞠长滨王珏韩培培赵梁周飞沈阳飞机工业(集团)有限公司南京航空航天大学直升机传动技术国家级重点实验室

由于PVD硬质薄膜与金属之间有着较高的粘附强度，且薄膜具有致密结构、良好的力学、耐磨和耐腐蚀性，同时能够隔绝腐蚀环境中的盐分与材料表面直接接触，因此在其表面沉积具有优异磨损腐蚀和抗菌特性的防护薄膜可以保障金属材料在磨损/... 详细信息

由于PVD硬质薄膜与金属之间有着较高的粘附强度，且薄膜具有致密结构、良好的力学、耐磨和耐腐蚀性，同时能够隔绝腐蚀环境中的盐分与材料表面直接接触，因此在其表面沉积具有优异磨损腐蚀和抗菌特性的防护薄膜可以保障金属材料在磨损/腐蚀环境中的长期使用。本文从传统的二元氮化物薄膜入手，针对薄膜耐磨、防腐与抗菌性能日益增长的需求，综述了Si、C、Mo与Ag元素掺杂对于PVD氮化物薄膜在空气与水环境中的摩擦学特性、在盐溶液与海水中的电化学腐蚀与磨损腐蚀特性、以及静态抗菌与摩擦诱导抗菌性能的影响。可以看到传统二元的氮化物薄膜已经逐渐发展为多元的CrMoSiCN基薄膜，在这个过程中，重点分析了不同三甲基硅烷反应气体流速与Si、Mo、Ag靶材溅射电流下，薄膜的力学性能与摩擦学特性之间的紧密关联；阐述了薄膜在腐蚀性溶液中磨粒磨损、氧化磨损与电化学腐蚀之间的协同耦合关系；阐明了不同Mo、Ag元素含量下，薄膜的抗微生物粘附与抗菌特性的演变机理。指出：多元氮化物基薄膜在盐溶液中的摩擦系数与磨损腐蚀材料损失受到薄膜中Si、Mo与Ag元素掺杂量变化的强烈影响，摩擦过程中的氧化与腐蚀产物有效增强了薄膜的自润滑与减磨特性；而含Mo、Ag氮化物基薄膜的杀菌能力主要与磨痕表面氧化物MoOx的形成和Ag+在菌液中的释放、扩散相关。

关键词：磁控溅射薄膜摩擦磨损腐蚀抗菌

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3D打印连续纤维增强树脂T型梁的弯曲性能

材料导报 2024年第7期38卷 242-248页

作者：吴思远单忠德陈恳刘丰刘晓军严春晖中国机械科学研究总院集团有限公司先进成形技术与装备国家重点实验室北京100048 清华大学机械工程系北京100084 南京航空航天大学机电学院南京210016

1中国机械科学研究总院集团有限公司先进成形技术与装备国家重点实验室,北京1000482清华大学机械工程系,北京1000843南京航空航天大学机电学院,南京210016实现基梁于结熔构融的沉轻积量技化、术功的能连化续设纤计维和增制强造树。脂本3... 详细信息

1中国机械科学研究总院集团有限公司先进成形技术与装备国家重点实验室,北京1000482清华大学机械工程系,北京1000843南京航空航天大学机电学院,南京210016实现基梁于结熔构融的沉轻积量技化、术功的能连化续设纤计维和增制强造树。脂本3D工作打对印筋工高艺0为m梁m结与构5的m制m造的提T供型了梁一打种印新件的在途不径,同该打工印艺参具数有下快的速弯近曲净性成能型进、行可测设计试性实强验,等研优究势了,能打够印基于熔融沉积技术的连续纤维增强树脂3D打印工艺为梁结构的制造提供了一种新的途径,该工艺具有快速近净成型、可设计性强等优势,能够实现梁结构的轻量化、功能化设计和制造。本工作对筋高0 mm与5 mm的T型梁打印件在不同打印参数下的弯曲性能进行测试实验,研究了打印厚度分别为0.7 mm、0.8 mm、0.9 mm时与打印丝束间距分别为0.6 mm、0.7 mm、0.8 mm时T型梁对应的弯曲强度与模量。由于3D打印连续纤维增强树脂材料存在着复杂的破坏模式,本研究运用声发射技术对T型梁的弯曲破坏过程进行测试分析,采用主成分分析法与K-means++聚类算法对采集的过程信号进行损伤分类。结果表明,当打印层厚为0.7~0.9 mm时,随着打印层厚的增加,T型梁的弯曲强度与模量均降低。当打印丝束间距为0.6~0.8 mm时,随着打印丝束间距的增加,T型梁的弯曲强度与模量降低。在T型梁从弯曲载荷加载初始到破坏失效阶段,对应特征信号可以聚类为五类,分别对应五种破坏模式,即基体开裂、层间剥离、纤维与基体脱粘、纤维开裂及纤维断裂,分类结果能够很好地解释弯曲破坏过程。

关键词： 3D打印 T型梁弯曲性能声发射主成分分析 K-means++

碳纤维复合材料编织-针刺预制体成形质量研究

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高科技纤维与应用 2024年第3期49卷 34-43页

作者：周征西单忠德孙正郭子桐杨天政南京航空航天大学机电学院南京210016 南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016

编织-针刺复合成形技术可实现大厚度回转形复合材料预制体一体化成形。为研究编织-针刺复合材料预制体成形质量,试制了不同K数纱线、编织角度的编织-针刺预制体以及作为对照组的机织-针刺预制体。考虑背面针刺纤维束形貌以及基布损伤提... 详细信息

编织-针刺复合成形技术可实现大厚度回转形复合材料预制体一体化成形。为研究编织-针刺复合材料预制体成形质量,试制了不同K数纱线、编织角度的编织-针刺预制体以及作为对照组的机织-针刺预制体。考虑背面针刺纤维束形貌以及基布损伤提出通过用预制体纤维束细长率χ_(f)定量表征针刺纤维束形貌。结合实际针刺预制体剥离曲线的变化特点,采用有效剥离曲线内所有波峰和波谷的平均值来对层间剥离强力进行描述。结果表明,试样纱线K数为6K时,编织-针刺预制体平均细长率相较机织-针刺预制体提升7.2%,编织-针刺预制体纤维束形貌更理想。当纱线K数由6增加至12时,机织-针刺预制体背面纤维束平均细长率提升了78.9%,编织-针刺预制体却减少了30.6%,其原因在于编织-针刺预制体刺针作用位置处纱线被挤开,增大了纤维束投影面积。编织-针刺预制体在层间剥离强力指标方面优势显著,各试样相较机织-针刺预制体提升38.0%以上,12K纱线编织-针刺预制体层间剥离强力比6K纱线大78.3%,且随着编织角由30°增加至60°,编织-针刺预制体平均剥离强力减少46.6%。

关键词：复合材料编织-针刺预制体成形质量预制体性能表征

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基于碳系材料的标准应变传感条应用研究

传感器与微系统 2024年第5期43卷 164-168页

作者：刘丽娜蔡晨宁钱征华南京航空航天大学航空学院江苏南京210016 南京航空航天大学金城学院江苏南京211156 南京航空航天大学民航学院江苏南京210001

针对传统电阻应变测量过程中,电阻应变片只能适应局部应变的点测,不能进行全域性测量且粘贴工艺复杂的特点,本文提出了采用价格低廉的碳系材料,利用改进凹版印刷技术制备标准长度传感条,采用裁剪及拼接的方法,实现传感条测试区域的任意... 详细信息

针对传统电阻应变测量过程中,电阻应变片只能适应局部应变的点测,不能进行全域性测量且粘贴工艺复杂的特点,本文提出了采用价格低廉的碳系材料,利用改进凹版印刷技术制备标准长度传感条,采用裁剪及拼接的方法,实现传感条测试区域的任意调整,介绍了基于电阻变化率的传感条应变测试基本原理,通过等截面悬臂梁静载实验考核了标准传感条的各项性能指标,并通过钢筋混凝土弯曲梁实验评价了标准应变传感条针对混凝土梁小应变时全域性的测量效果,实验结果表明:该标准应变传感条具有制备方法简单、组合方式多样、小应变响应跟随性好、适用于户外现场测量的特点,可推广应用于混凝土结构的健康监测领域。

关键词：石墨烯碳油墨应变传感条性能测试应用研究