摘要：纤维增强复合材料因其轻质高强、易成型和可设计性强等优异性能,成为众多工程结构用材首选,然而其结构易产生多种形式损伤,降低了材料的可靠性和安全性,故对复合材料进行实时健康监测及损伤定位研究具有重要意义。声发射(Acoustic emission,AE)技术可以有效地检测复合材料中的微小损伤,基于光纤光栅声发射监测系统不受电磁干扰,可在多点同时测量多个物理量,但实现高精度损伤定位仍需进一步研究。为此,构建了一种四通道温度自适应光纤布拉格光栅(Fiber Bragg gratings,FBG)声发射监测系统,可以快速追踪、及时反馈、实时监测FBG的中心波长变化,提高定位精度,在变温域内对碳纤维增强复合材料的损伤定位进行监测,研究结果表明,该系统平均损伤定位误差为12%。

摘要：当前,高超声速飞行器主流SiC基防热材料在1200~1700℃内的防热机制主要依靠SiC被动氧化生成的SiO_(2)保护层,但高超声速飞行带来的高温气体效应使得防热材料遭受高温、低压、原子氧载荷,原子氧的高活性将改变SiC氧化反应类型,导致材料丧失防护能力。因此,判别不同飞行工况下材料主/被动氧化类型将直接决定材料的使用阈值,对于高超声速飞行器防热设计和新型防热材料研制极为重要。基于此,本文打破通过分析氧化反应后材料微观成分辨别主/被动氧化反应的传统方法,基于光谱诊断、射频等离子放电及高功率激光技术,建立高温、低压、原子氧环境下SiC基防热材料主/被动氧化反应在线识别方法与系统,实现了SiC基防热材料主/被动氧化反应快速在线识别,经过SEM、EDS和XRD等材料分析,验证了在线识别方法的准确性和可靠性,进一步探究了原子氧环境下SiC材料主动氧化的演化规律,并建立了氧化动力学方程,为SiC基防热材料防护阈值及材料性能改进提供了重要支撑。

摘要：准确量化高超声速飞行器高温热端部件的气动加热量是开展热防护系统设计、提高热端部件可靠性的关键。通过开展致密非晶SiCN在低压环境下的热稳定性及高温导电行为研究探讨了将非晶SiCN应用于高超声速飞行器传感领域的可行性。结果表明致密非晶SiCN在低压环境下表现出更低的高温稳定性及抗结晶能力,即在1300℃发生较明显的结晶及热分解,温度较常压高温处理非晶SiCN低约200℃;低压环境促进自由碳的有序化转变,导致1000℃低压高温处理非晶SiCN的电阻较常压高温处理非晶SiCN低约4个数量级,表现出更低的温度敏感性。总之非晶SiCN在低压环境下仍能保持优异的温度感知能力,但使用温度有所下降,降低约200℃。

摘要：设计了双向拉伸十字型试样,采用不同的加载比例和加载方向对三维轴编C/C复合材料进行双向拉伸实验,面内方向施加1∶1和1∶2的载荷,面外方向施加1∶1的载荷。实验结果表明,十字型试样的初始破坏发生在中心打薄区域,材料为脆性断裂。面内双向拉伸破坏主要为径向纤维束的断裂和基体的开裂,断口大多沿60°方向;面外双向拉伸破坏主要以纤维束的断裂、炭棒的拔出和基体开裂为主,断口形貌较为复杂。材料在不同载荷形式下有着不同的强度值,相对于单向拉伸强度,存在强度弱化现象。根据实验数据确定了蔡-吴强度准则的参数,为三维轴编C/C复合材料结构强度设计及校核提供参考。

摘要：基于三维机织碳/碳复合材料的细观结构特征,设计平板十字形试样,在材料双轴力学性能试验机上开展了复合材料单轴、双轴加载压缩试验,对比分析了三维机织碳/碳复合材料在双轴压缩载荷下的力学行为。研究表明:三维机织碳/碳复合材料的压缩行为表现为非线性、脆性断裂;双轴载荷作用下非线性特征更为显著,压缩模量随应力的增加而增大,强度与模量相较于单轴有较大幅度增加,双轴压缩载荷作用下材料的强化效应显著;试样破坏位置并未出现在试样中心区,而是发生在试样的加载端部或十字形试样的加载分枝根部,主要表现为基体开裂、纤维断裂和层间脱粘,碳布及其层间界面剪切强度的强弱直接影响材料的压缩强度。

摘要：采用扫描电镜原位技术,对多向编织C/C复合材料受载条件下内部裂纹萌生、扩展直至断裂的全过程进行了跟踪观察。结果表明,在基体、纤维束与基体间的界面区域随机分布着大量的孔洞与裂纹等微缺陷,外载荷下裂纹在原始缺陷处萌生并沿界面层薄弱区域扩展;轴向试样主裂纹分别沿轴向、纵向和径向纤维束的薄弱界面层择优扩展,扩展路径错综曲折引起材料假塑性破坏;预制体结构设计导致径向试样内部沿环向纤维束形成贯穿性界面层,主裂纹沿环向纤维束界面层择优扩展,裂纹形状较平直引起材料脆性断裂;用传统脆性材料断裂韧性测试标准获得断裂韧性K IC值偏低,不能真实反映该类材料阻止宏观裂纹失稳扩展的能力。

摘要：薄壁结构是飞行器大面积热防护结构、控制面等的主要组成部件,对热噪声载荷非常敏感,易发生热变形、非线性动态响应、热噪声疲劳失效等问题,严重威胁着飞行器的结构完整性和安全性。基于研制的热噪声试验装置的设计机理,形成了薄壁结构热噪声设计的验证试验流程。针对典型C/SiC矩形平板试验件,先后开展了热屈曲、热模态、热噪声等试验,对试验件进行无损检测,最终获得不同条件下试验件的模态参数、动态响应规律和失效模式等,可为高速飞行器热防护结构设计和试验计划提供技术支撑。

摘要：为了有效保护硫化锌等红外光学元件并提高其在工作波段的透过率,根据薄膜光学原理进行增透设计,从而获得膜系光学参数;采用射频磁控溅射技术制备非晶碳化锗薄膜,通过调整甲烷流速比调整薄膜的折射率,根据流速比和沉积时间控制膜厚,再用过滤阴极真空电弧技术制备非晶金刚石薄膜,分别改变衬底偏压和沉积时间控制薄膜的折射率和膜厚.利用光谱椭偏仪和台阶仪表征薄膜折射率和膜厚,通过小角X射线反射和X射线光电子谱测试非晶金刚石薄膜的密度和非晶碳化锗薄膜中的锗含量,使用纳米压痕仪和傅里叶红外透射谱仪确定薄膜的硬度和红外透过率.试验表明,非晶金刚石和非晶碳化锗薄膜的折射率分别与薄膜的密度和薄膜中的锗含量密切相关,非晶金刚石与非晶碳化锗复合膜系是硫化锌等红外光学元件性能优异的增透保护膜.

摘要：根据释放热变形的方式和承载要求,基于热弹性力学的基本理论,对金属热防护系统的支架进行结构设计。设计了带有侧翼的柔性支架及带有凹槽的柔性支架,分析比较了这两种支架形式的承载能力。研究了支架的高度、抗弯刚度和螺栓孔的位置、半径对支架及面板最大应力的影响,总结出最佳的设计方案。结果表明:带有凹槽的支架的承载能力高于带有侧翼的支架。面板的最大应力与支架的位置呈抛物线函数关系,而与支架的高度关系不大,且螺栓孔半径越大面板的最大应力就越小。

摘要：研究了不同纤维方向与应力方向对复合材料声弹性关系的影响。为了在材料内部激励临界折射纵波,本文根据斯涅耳定律设计了超声入射楔块,并搭建了声时差检测系统。并使用搭建的系统分别测量了0°、45°单向铺设的两种试样在0°、45°和90°方向的声时差变化,得到了不同加载方向和纤维方向组合情况下,由CFRP材料内部应力与声时差表征的声弹性关系。