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CrNbTiVAlx难熔高熵合金的组织、力学性能和高温氧化行为

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金属学报 2025年第1期 88-98页

作者：朱满张成许军锋坚增运惠增哲西安工业大学材料与化工学院

难熔高熵合金（RHEAs）具有高热稳定性、良好的高温力学性能和优异的高温抗氧化性能，有望作为一种潜在的耐高温结构材料使用。为了降低RHEAs密度、改善其高温抗氧化性能，本工作向CrNbTiV合金中添加Al元素，制备了一系列CrNbTiVAlx（x=... 详细信息

难熔高熵合金（RHEAs）具有高热稳定性、良好的高温力学性能和优异的高温抗氧化性能，有望作为一种潜在的耐高温结构材料使用。为了降低RHEAs密度、改善其高温抗氧化性能，本工作向CrNbTiV合金中添加Al元素，制备了一系列CrNbTiVAlx（x=0.25、0.5、0.75、1.0）难熔高熵合金。采用XRD、SEM、EDS和电子万能试验机等手段研究Al含量对CrNbTiV难熔高熵合金微观组织、力学性能和高温氧化行为的影响规律。结果表明，CrNbTiVAlx合金的微观组织由bcc、Laves和α-Ti相组成，bcc相以等轴晶形式分布。随着Al含量的增加，合金的密度逐渐减小，屈服强度由2037 MPa降低至1371 MPa；比屈服强度由CrNbTiVAl0.75合金的215.93 MPa·cm3/g增加至CrNbTiVAl0.25合金的323.33 MPa·cm3/g。CrNbTiVAlx合金在900℃氧化时的氧化动力学遵循抛物线规律，增加Al含量有利于提高合金的高温抗氧化性能。CrNbTiVAlx合金氧化后的氧化产物是由Al2O3、（CrNbTiVAl）O2和VOx组成的混合结构。当Al含量较低时，合金表面形成的连续、紧密的复杂氧化物（CrNbTiVAl）O2有效阻止了O2向基体内的扩散。随着Al含量的增加，复杂氧化物（CrNbTiVAl）O2含量减少，表面形成了更加致密、连续且细小的Al2O3氧化膜，从而显著提高了合金的高温抗氧化性能。

关键词：难熔高熵合金组织力学性能高温抗氧化性能

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超高温陶瓷复合材料研究进展

无机材料学报 2024年第6期39卷 571-590页

作者：张幸红王义铭程源董顺胡平哈尔滨工业大学航天学院复合材料与结构研究所哈尔滨150001

随着高速飞行器朝着更宽空域、更长时间和更高速度的方向发展,对飞行器的鼻锥、前缘和发动机燃烧室等关键结构的热防护性能提出了更加严苛的要求,发展在极端环境下使用的高性能热防护材料是当前的研究重点。超高温陶瓷复合材料具有优异... 详细信息

随着高速飞行器朝着更宽空域、更长时间和更高速度的方向发展,对飞行器的鼻锥、前缘和发动机燃烧室等关键结构的热防护性能提出了更加严苛的要求,发展在极端环境下使用的高性能热防护材料是当前的研究重点。超高温陶瓷复合材料具有优异的抗氧化烧蚀性能,是一类极具应用潜力的非烧蚀型热防护材料。然而,本征脆性问题限制了超高温陶瓷复合材料的工程化应用,需通过组分结构调控对其进行强韧化。同时,飞行器有效载荷提升也对超高温陶瓷复合材料提出了轻量化的要求。本文系统概述了超高温陶瓷复合材料近年来取得的主要研究进展,包括压力烧结、泥浆浸渍、前驱体浸渍裂解、反应熔渗、化学气相渗透/沉积与“固-液”组合工艺等制备方法,颗粒、晶须、软相物质、短切纤维和连续纤维等强韧化方法及其机制,抗氧化烧蚀性能与机理,以及轻量化设计等。讨论了超高温陶瓷复合材料组分、微结构和性能之间的关系,并指出了超高温陶瓷复合材料目前存在的挑战以及未来的发展趋势。

关键词：超高温陶瓷复合材料强韧化抗氧化烧蚀轻量化综述

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厚截面树脂基复合材料的温度场研究Ⅰ:模拟

复合材料学报 2004年第5期21卷 122-127页

作者：郭战胜杜善义张博明武湛君哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所哈尔滨150001

研究了厚截面树脂基复合材料制造过程中的内部温度场发展变化。从含有非线性内热源的瞬态热传导方程出发 ,建立了用于分析复合材料热传导的有限元公式。以通用有限元软件包为基础 ,开发了能够模拟复合材料整个制造过程中复杂物理化学变... 详细信息

研究了厚截面树脂基复合材料制造过程中的内部温度场发展变化。从含有非线性内热源的瞬态热传导方程出发 ,建立了用于分析复合材料热传导的有限元公式。以通用有限元软件包为基础 ,开发了能够模拟复合材料整个制造过程中复杂物理化学变化的软件。并用该软件对两种不同厚度树脂基复合材料的制造过程进行了模拟计算 ,发现现有的固化一般厚度复合材料的固化历程不适合固化厚截面复合材料。

关键词：厚截面树脂基复合材料固化动力学温度分布有限元分析

基于扩展有限元法的颗粒增强复合材料静态及动态断裂行为研究

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固体力学学报 2011年第6期32卷 566-573页

作者：王志勇马力吴林志于红军哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所哈尔滨150001

运用不含裂尖增强函数的扩展有限元法,分别研究了静态及动态载荷作用下颗粒增强复合材料的断裂行为.假定基体和颗粒都为线弹性材料并且绑定完好,研究了不同颗粒位置、数量对基体裂纹尖端断裂参数的影响.数值模拟结果清晰地显示了含刚性... 详细信息

运用不含裂尖增强函数的扩展有限元法,分别研究了静态及动态载荷作用下颗粒增强复合材料的断裂行为.假定基体和颗粒都为线弹性材料并且绑定完好,研究了不同颗粒位置、数量对基体裂纹尖端断裂参数的影响.数值模拟结果清晰地显示了含刚性颗粒和柔性颗粒时不同的失效机制.结果同时证明论文采用的数值方法能够准确预报颗粒增强复合材料的断裂行为,也更易于被工程界所接受.

关键词：颗粒增强复合材料断裂扩展有限元法

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单轴压缩载荷下闭孔泡沫铝的变形机制

复合材料学报 2017年第8期34卷 1810-1816页

作者：朱烨飞孙雨果哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所哈尔滨150001

基于X射线计算机断层扫描技术,重构了能够反映闭孔泡沫铝真实细观结构的三维有限元模型。采用数值模拟与试验测试相结合的方法,研究了泡沫铝在准静态单轴压缩载荷作用下的力学响应及其变形机制,重点关注了平台阶段及致密化阶段的变形模... 详细信息

基于X射线计算机断层扫描技术,重构了能够反映闭孔泡沫铝真实细观结构的三维有限元模型。采用数值模拟与试验测试相结合的方法,研究了泡沫铝在准静态单轴压缩载荷作用下的力学响应及其变形机制,重点关注了平台阶段及致密化阶段的变形模式。结果表明:试件中变形带的出现是压缩过程进入平台阶段的一个标志,此时棱杆和孔壁的变形以塑性弯曲为主;平台阶段,棱杆及孔壁的变形逐渐向塑性起皱与塑性屈曲转变;伴随致密化阶段的发生,变形带内部的胞孔严重坍塌,呈‘双凹圆盘’状。闭孔泡沫铝细观结构变形模式的数值模拟与试验结果相符,验证了该模型的有效性,为进一步研究各相关物理量(相对密度、加载速率等)及变形机制对其宏观吸能性能的影响奠定了基础。

关键词：闭孔泡沫铝压缩响应变形机制有限元模拟 X射线计算机断层扫描技术

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纤维缠绕复合材料压力容器封头厚度预测

复合材料学报 2010年第5期27卷 116-121页

作者：矫维成王荣国刘文博杨帆哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所哈尔滨150001

本研究的目的是建立一种用来预测纤维缠绕复合材料压力容器封头厚度的方法。针对固化成型的复合材料压力容器封头型面,基于封头段所有缠绕纱带总体积保持不变条件,提出了一种采用三次样条函数来预测复合材料压力容器封头厚度的方法。采... 详细信息

本研究的目的是建立一种用来预测纤维缠绕复合材料压力容器封头厚度的方法。针对固化成型的复合材料压力容器封头型面,基于封头段所有缠绕纱带总体积保持不变条件,提出了一种采用三次样条函数来预测复合材料压力容器封头厚度的方法。采用该方法对具有不同几何尺寸、不同缠绕工艺参数的复合材料压力容器进行了封头厚度预测,并与传统预测方法及实际厚度测量值作了对比分析。算例结果表明,该方法能够比传统方法更准确地预测纤维缠绕复合材料压力容器的封头厚度,从而为有限元建模分析提供精确的厚度参数。

关键词：复合材料压力容器纤维缠绕封头厚度预测方法

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含界面相复合材料热残余应力分析

固体力学学报 2010年第2期31卷 142-148页

作者：张博明杨仲孙新杨王晓宏哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所哈尔滨150001

该文分析了含有界面相纤维增强复合材料热残余应力的空间分布.针对材料实际微结构几何特点,建立含有界面相的三维三相单丝模型,采用均匀和梯度函数描述界面相模量随空间变化规律,由轴对称体弹性力学理论得到单丝热残余应力分布,再用场... 详细信息

该文分析了含有界面相纤维增强复合材料热残余应力的空间分布.针对材料实际微结构几何特点,建立含有界面相的三维三相单丝模型,采用均匀和梯度函数描述界面相模量随空间变化规律,由轴对称体弹性力学理论得到单丝热残余应力分布,再用场叠加方法得到密排六方结构代表性体积元(RVE)中纤维间相互影响的应力场,同时应用有限元法分析RVE中纤维间的残余应力分布,两者结果基本一致.最后通过碳纤维单丝电阻法测出T300/环氧树脂体系固化后的纤维轴向残余应力,实验数据与解析和有限元分析结果基本吻合.

关键词：界面相残余应力碳纤维电阻有限元复合材料

板状三维四向编织复合材料压缩细观破坏机理的实验研究

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复合材料学报 2007年第4期24卷 133-139页

作者：严实孙雨果吴林志杜善义哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所哈尔滨150001

通过对三维四向编织复合材料薄板试件的宏观压缩破坏实验及其声发射信号的分析,研究了该材料的抗压力学性能及其失效机理。实验结果表明:材料的编织角对其压缩力学性能的影响很大,随编织角的变化,编织复合材料的压缩破坏机制发生了变化... 详细信息

通过对三维四向编织复合材料薄板试件的宏观压缩破坏实验及其声发射信号的分析,研究了该材料的抗压力学性能及其失效机理。实验结果表明:材料的编织角对其压缩力学性能的影响很大,随编织角的变化,编织复合材料的压缩破坏机制发生了变化,编织角小时,材料表现为脆性特征;当编织角大于某个临界角时,材料的应力-应变曲线趋于非线性,更多地表现为屈曲破坏。试验过程中采集到的声发射信号能有效地监测材料内部损伤演化过程。

关键词：编织复合材料压缩实验编织角破坏机理声发射

改进V-型复合材料褶皱夹芯结构的制备及压缩性能

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复合材料学报 2014年第2期31卷 456-464页

作者：丛立新孙雨果高亮陈鹏哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所哈尔滨150080

以改进V-型褶皱夹芯结构为研究对象,采用模压成型法制备出改进的V-型复合材料褶皱芯子,结合二次粘接工艺将复合材料层合板与褶皱芯子进行复合得到一种新型复合材料褶皱夹芯结构。利用数值模拟与试验相结合的方法,重点考察了该结构在平... 详细信息

以改进V-型褶皱夹芯结构为研究对象,采用模压成型法制备出改进的V-型复合材料褶皱芯子,结合二次粘接工艺将复合材料层合板与褶皱芯子进行复合得到一种新型复合材料褶皱夹芯结构。利用数值模拟与试验相结合的方法,重点考察了该结构在平压载荷作用下的力学响应及其破坏机制。通过引进纤维压溃模型,对该结构的损伤演化过程进行了描述,数值模拟与试验获得的压缩应力-应变曲线吻合较好。实验研究发现,相对密度的变化不仅对该结构的力学性能产生影响,而且将直接导致该结构的破坏模式发生转变。

关键词：改进V-型褶皱芯子复合材料夹芯结构平压试验破坏模式有限元方法