梯度功能材料在烧蚀条件下温度场的数值模拟

建立了功能梯度材料在烧蚀条件下传热的物理模型和数学模型,利用弹性网格的方法对移动边界的温度场进行了分析。最后对碳／陶瓷梯度功能材料进行了计算。     

化学镀制备SiC/Ni-P功能梯度材料

通过对化学复合镀Ｎｉ－Ｐ－ＳｉＣ复合镀层的研究，找到了制备ＳｉＣ／Ｎｉ－Ｐ功能梯度材料的工艺方法．并采用光学显微镜、电子探针分析仪、透射电镜等方法和手段对ＳｉＣ／Ｎｉ－Ｐ功能梯度材料的组织、形貌和成分进行了研究．结果表明，功能梯度材料的微观结构与材料成分梯度分布之间有很好的对应关系．     

含孔功能梯度压电材料板的力电耦合无网格伽辽金法

为提高含孔功能梯度压电材料板的计算精度,基于变分原理和功能梯度压电材料的本构关系、几何关系、边界条件等,推导出功能梯度压电材料的无网格方程,提出含孔功能梯度压电材料板的力电耦合无网格伽辽金法。求解含孔功能梯度压电材料板的力学问题,研究孔边环向应力分布及力电集中问题,讨论材料参数按某一方向呈指数函数梯度变化时功能梯度压电材料的力学响应,与ANSYS计算结果进行比较,数值算例结果表明本方法正确可行且具有较高的精度,可求解任意梯度函数的功能梯度压电材料问题。     

化学镀制备NiC／Ni—P功能梯度材料

通过对化学复合镀Ｎｉ－ＳｉＣ复合镀层的研究，找到了制备ＳｉＣ／Ｎｉ－Ｐ功能梯度材料的工艺方法。并采用光学显微镜，电子探针分析仪，透射电镜等方法和手段对ＳｉＣ／Ｎｉ－Ｐ功能梯度材料的组织，形貌和成分进行了研究。结果表明，功能梯度材料的微观结构一材料成分梯度分布之间有很好的对应关系。     

碳/碳复合材料表面烧蚀多尺度粗糙度模拟简

通过建立碳/碳（C/C）复合材料在宏观、微观不同尺度上的烧蚀模型,利用有限元方法分析了C/C复合材料在烧蚀过程中的体积损失、表面粗糙度以及烧蚀性能的变化规律。微观上,模拟了材料烧蚀呈现的尖笋状粗糙度形貌。宏观上,采用ALE方法,并基于实验结果通过Fortran编程控制材料表面烧蚀后退运动,建立了C/C复合材料表面烧蚀的多尺度热力耦合分析模型,并进行瞬态有限元分析。结果表明：材料烧蚀表面粗糙度程度与烧蚀速率、材料性能密切相关;并且随着材料烧蚀程度的不同,材料的表面应力也相应变化。     

碳/碳复合材料表面烧蚀多尺度粗糙度模拟

通过建立碳/碳(C/C)复合材料在宏观、微观不同尺度上的烧蚀模型,利用有限元方法分析了C/C复合材料在烧蚀过程中的体积损失、表面粗糙度以及烧蚀性能的变化规律。微观上,模拟了材料烧蚀呈现的尖笋状粗糙度形貌。宏观上,采用ALE方法,并基于实验结果通过Fortran编程控制材料表面烧蚀后退运动,建立了C/C复合材料表面烧蚀的多尺度热力耦合分析模型,并进行瞬态有限元分析。结果表明:材料烧蚀表面粗糙度程度与烧蚀速率、材料性能密切相关;并且随着材料烧蚀程度的不同,材料的表面应力也相应变化。     

复合枪管传热的数值分析

枪管烧蚀引起枪管尺寸逐渐改变。烧蚀是热、化学和机械因素共同作用的结果,其中热起主要作用,计算枪管射击时的温度分布有助于了解枪管烧蚀过程。该文选择了３ 种枪管结构形式,建立了用有限差分法求解射击时温度分布的数学模型,确定了有关参数,计算了相同射击条件时３ 种结构枪管射击后的温度分布,分析了材料性能对温度的影响。计算结果对进一步研究枪管结构具有参考价值。     

弹性波在功能梯度材料中的传播

对弹性波在功能梯度材料中的传播速度问题进行了研究.利用积分变量代换,建立了功能梯度材料中波动变系数微分方程.借助于数值计算手段对功能梯度材料弹性模量和密度按指数形式递增、递减分布两种情况的波动变系数微分方程进行了求解,从中分离出波速.得到了功能梯度材料中弹性波的波速变化曲线,讨论了弹性波在功能梯度材料中传播时波速的变化规律,并且分析了弹性波在功能梯度材料中传播的一般性质.     

换热边界下变物性梯度功能材料板稳态热传导分析

用有限元法分析了由ZrO2和Ti 6Al 4V组成的变物性梯度功能材料板在对流换热边界条件下的非线性稳态热传导问题,检验了方法的正确性,给出了对流换热边界下的稳态温度场分布,并与不考虑变物性时的结果进行了比较.结果表明:在精确计算稳态温度场分布时,变物性是影响梯度功能材料板的稳态温度场的最重要因素之一.此外,材料组分的分布形状系数M、环境介质温度、对流换热系数和孔隙度P的变化对变物性梯度功能材料板的稳态温度场分布均有明显的影响.此结果为材料设计和进一步的热应力分析提供了准确的计算依据.图7,参6.     

3D C/C复合材料的电弧驻点烧蚀及机理分析

采用电弧驻点烧蚀试验方法,测试细编穿刺毡增强体C／C复合材料的烧蚀率,并采用电子扫描显微镜观察烧蚀表面形貌。研究结果表明:在电弧驻点烧蚀试验条件下,3D C／C复合材料具有较好的烧蚀性能;C／C复合材料的烧蚀过程主要受热化学烧蚀和机械剥蚀2种烧蚀机制的共同作用,二者相互促进,以机械剥蚀为主;微观烧蚀形貌主要由热化学化蚀导致,宏观烧蚀形貌则主要是机械剥蚀所致。     

C/C-SiC复合材料的表面烧蚀模型及数值模拟

基于炭基和硅基防热复合材料的烧蚀机理对C/C-SiC防热复合材料进行烧蚀分析.依据相变原理,在热传导方程和能量平衡原理的基础上,建立了一维非稳态烧蚀数值模型,模拟了C/C-SiC防热复合材料的烧蚀过程,分析结果与实验数据吻合良好.同时通过数值对比看出,在同等的烧蚀环境中,C/C复合材料的烧蚀速率最快,材料内部温度最低;...     

纤维织物和耐烧蚀填料对硅橡胶涂覆织物性能的影响

为研制防隔热效率更高的耐烧蚀硅橡胶涂覆织物,采用不同种类的纤维织物和耐烧蚀填料制备出多种新型硅橡胶涂覆织物,并分别研究了纤维织物种类、耐烧蚀填料种类和用量对硅橡胶涂覆织物力学性能和烧蚀性能的影响。实验结果表明:当选用碳纤维布(T300)作为增强骨架材料时,硅橡胶涂覆织物的烧蚀性能最优;随着耐烧蚀填料添加量的增大,硅橡胶涂覆织物的邵氏A硬度逐渐增大,其拉伸强度和断裂延伸率均呈现出先升高后降低的趋势;综合考虑力学性能,耐烧蚀填料的最佳用量为2 g/100 g;耐烧蚀填料能有效提高硅橡胶涂覆织物的烧蚀性能,其中酚醛纤维和黏胶基碳纤维的增强效果更好。     

炭纤维增强树脂炭复合材料微观结构与烧蚀性能

采用金相显微镜和扫描电镜对炭纤维增强树脂炭复合材料微观结构进行分析,采用等离子烧蚀方法研究了炭纤维增强树脂炭复合材料不同方向的烧蚀性能,并对其烧蚀表面形貌进行扫描电镜观察,分析了复合材料烧蚀性能差异的原因.研究结果表明:炭纤维增强树脂炭复合材料中炭纤维和树脂炭结合较好,基体中产生了应力石墨化,材料烧蚀优先从纤维与树脂炭的界面及缺陷处开始,轴向垂直于气流方向的纤维越多,材料烧蚀率越小.     

碳纤维增强复合材料雷击电-热耦合仿真及因素影响

为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)在雷电流作用下的烧蚀损伤,对CFRP进行了雷电流电-热耦合效应仿真和不同参数影响分析。首先,对试件进行了电-热耦合有限元分析;并在温度叠加法的基础上进行改进,完善了温度引起复合材料的性能变化;利用ABAQUS软件进行了碳纤维增强复合材料雷击损伤电-热耦合仿真模拟,和实验结果对比验证了仿真的有效性。结果表明:相同波形雷击电流,峰值越高,损伤面积越大,损伤深度越大。之后,利用改进方法分别研究不同因素对雷击作用下CFRP烧蚀损伤的影响,结果表明复合材料的电导率、比热、密度是影响烧蚀损伤的重要因素。     

小型等离子体多相流模拟烧蚀系统的构建与运用

在高超声速飞行器的研制过程中,热防护技术是急需攻克的关键问题之一。在热防护材料研发的初期和中期,通过模拟烧蚀试验可大大加快材料配方筛选与工艺优化进度、降低成本。针对高超声速飞行器热防护材料的使用要求,提出了基于小型等离子体多相流的模拟烧蚀试验方法;基于自动化技术开发了参数精确控制的模拟烧蚀试验系统;该系统可产生高焓、高温和高热流密度的等离子射流,射流中可注入固相粒子,模拟高超声速飞行器飞行过程中的热力环境。在此基础上,运用测量表征与数值计算相结合的手段研究了系统流场特性,为试验参数的选取与优化提供了理论依据。最后,运用系统对某型三维四向C/C复合材料进行了耐烧蚀性能测试和分析。结果表明,该试验系统可为热防护材料的配方筛选、热结构部件的优化设计和性能评价提供实用可靠的途径。     

近空间飞行环境泰氟隆烧蚀流场化学非平衡流数值算法及应用研究

本文通过数值求解考虑烧蚀产物在内的23种组分的化学非平衡Navier-Stokes方程,建立考虑泰氟隆材料烧蚀效应的化学非平衡流数值计算方法.理论预测了球锥体RAMC-II的等离子体鞘套电子数密度,并和飞行试验进行比较,验证了算法可靠性,揭示了电子数密度峰值结果在25–70 km中层近空间随飞行高度变化规律.算法应用于不同高度球锥体泰氟隆烧蚀流场计算,研究表明,在泰氟隆烧蚀现象比较明显的中低空,烧蚀产物对电子数密度的影响主要局限在边界层内;泰氟隆烧蚀导致边界层内流场温度降低,因而引起空气阴离子的增加,另一方面随着飞行高度降低,由亲电子产物引起的F?数量也不断增加,这些因素引起了边界层内的电子数密度降低.     

准分子激光微细加工

准分子激光对无机和有机材料都有着很好的消融和蚀刻性能 .本文主要描述了准分子激光消融和蚀刻在微细加工方面的应用     

暂态强热流作用下钨烧蚀过程的分子动力学模拟

采用分子动力学方法, 对金属钨在由离子辐照引起的暂态热流下的烧蚀现象进行研究。建立一维热传模型, 通过施加不同能量的热脉冲, 研究钨靶材的热响应。计算烧蚀阈值并与理论值进行比较, 统计分析烧蚀深度与热脉冲能量的关系。研究热脉冲作用过程中能量的转移分配状况, 并对低于和高于烧蚀阈值下的不同能量分布状况进行讨论。从模拟的角度, 建立一个对钨在离子辐照下烧蚀过程的初步的物理图像。     

激光作用下复合材料损伤的数值模拟

针对激光对纤维增强复合材料的破坏问题,在考虑复合材料细观结构的情况下,运用有限元软件ANSYS对材料温度场、热应力以及烧蚀损伤的演化进行了数值模拟.详细研究了激光参数、材料参数(如功率密度、材料热导率等)对复合材料损伤和烧蚀过程的影响.特别给出了温度场、热应力场和烧蚀场随时间的变化.研究表明考虑细观结构的模型比均匀化模型能更好地模拟复合材料的破坏.