连续碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(SiCf/SiC)是发展先进航空发动机的关键材料, 航空发动机长时服役要求材料具有优异的高温蠕变性能。本工作研究了平纹编织Cansas-II碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(2D-SiCf/SiC)在空气中的高温蠕变行为, 蠕变温度为1200~1400 ℃, 应力水平为80~140 MPa。利用扫描电子显微镜(SEM)观察了2D-SiCf/SiC复合材料的微观组织和断口形貌, 使用能谱分析仪(EDS)进行了成分分析。结果表明: 当蠕变应力低于比例极限应力(σPLS)时, 2D-SiCf/SiC的蠕变断裂时间超过500 h, 稳态蠕变速率为1×10-10~5×10-10 /s, 蠕变行为由基体和纤维共同控制。当蠕变应力高于σPLS时, 复合材料的基体、纤维和界面均发生氧化, 蠕变断裂时间显著降低, 稳态蠕变速率提高一个数量级, 蠕变行为主要由纤维控制。
Cansas-II SiCf/SiC复合材料 蠕变 蠕变断裂时间 稳态蠕变速率 基体开裂 Cansas-II SiCf/SiC creep creep rupture time steady-state creep rate matrix cracking
1 中国核动力研究设计院 核反应堆系统设计技术重点实验室 成都 610213
2 复旦大学 航空航天系力学与工程仿真研究所 上海 200433
UN-U 3Si 2复合燃料在未来先进耐事故燃料元件中具有良好的发展前景，其堆内运行所产生的辐照蠕变及热蠕变对元件的辐照热力耦合行为及安全性会产生重要影响。基于文献中的宏观蠕变实验结果，分别针对UN和U 3Si 2多晶燃料主控的蠕变机制进行分析，通过拟合得到考虑空位扩散和位错运动机制的蠕变率模型，该模型的预测结果与实验结果吻合很好，证明了模型的合理性；基于均匀化理论建立了去除辐照肿胀效应后UN-U 3Si 2复合燃料宏观蠕变与各组分贡献的关联模型。基于文献上的复合燃料金相结构图，发展了随机建模方法，对UN-U 3Si 2复合燃料（20% U 3Si 2）辐照条件下单轴拉伸蠕变实验进行了数值模拟，获得了组分材料对复合燃料宏观等效蠕变所产生的贡献，并分析了蠕变机制。分析结果表明：UN和U 3Si 2存在的辐照肿胀差异，导致复合燃料内部产生了强烈的力学相互作用；在裂变密度达到4.32×1027 fissions·m-3时，颗粒与基体相界面处的最大von Mises应力约为外部施加的均布拉力的6倍，但由于存在低应力区，两种材料的辐照肿胀对复合燃料宏观等效蠕变应变的影响可以忽略不计。
UN-U
3Si
2 蠕变机制 辐照肿胀 均匀化理论 宏观等效蠕变 UN-U
3Si
2 Creep mechanism Irradiation swelling Homogenization theory Macroscopic equivalent creep
1 中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院，山东 青岛 266580
2 中国石油大学(华东)材料科学与工程学院，山东 青岛 266580
3 中国石油大学(华东)新能源学院，山东 青岛 266580
利用COMSOL Multiphysics软件建立了电化学-气体流动-物质传递-温度相耦合的多物理场模型，将多物理场数值计算得到的不均匀温度场分布作为热载荷施加至ABAQUS模型中，基于由Wen-Tu蠕变延性耗竭模型开发的蠕变损伤子程序，研究了固体氧化物燃料电池(SOFC)的蠕变损伤行为，预测了蠕变裂纹演化过程。结果表明，SOFC各构件蠕变变形与损伤在运行初期迅速增大后基本保持不变，下连接体最先达到临界损伤值，是潜在危险区域，最容易发生失效；50 000 h后，SOFC出现2处蠕变损伤，最大裂纹发生于下连接体与阴极材料交界且距空气流道入口1.1 mm处，长度为1.6 mm，为非贯穿裂纹，较整体结构尺寸相比损伤较小不会发生气体泄漏，可以满足40 000 h的商业安全运行要求。
固体氧化物燃料电池 不均匀温度场 蠕变损伤 裂纹扩展 solid oxide fuel cell uniform temperature field creep and damage crack propagation
1 北京工业大学材料与制造学部高功率及超快激光先进制造实验室，北京 100124
2 中国空气动力研究与发展中心高超声速冲压发动机技术重点实验室，四川 绵阳 621000
基于侧吹保护条件下的光纤激光非穿透深熔焊接工艺，模拟了构件的服役环境，对GH3128搭接接头进行了不同循环次数的900 ℃真空热处理，并对接头组织和显微硬度、室温与高温拉伸及蠕变拉伸性能进行了分析测试，通过分析组织与断口，对GH3128搭接接头的高温力学性能进行了评估。研究结果表明，与无热处理接头相比，热处理后的接头的室温与高温拉伸性能分别提升了35%和20%，蠕变性能大幅提高。接头组织分析结果表明：热处理后的接头枝状组织消熔，晶粒呈粗大等轴晶状态；各断口均呈现出“抛物线”状韧窝，开口方向与拉伸力方向一致，呈韧性断裂特征，且无显微裂纹产生；热处理次数对接头显微硬度、室温及高温拉伸性能的影响不大；随着热处理次数的增加，接头蠕变性能呈减小趋势。
光纤光学 激光焊接 GH3128 搭接接头 高温拉伸 蠕变性能 中国激光
2022, 49(21): 2106003
1 长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室, 西安 710064
2 济宁市鸿翔公路勘察设计研究院有限公司, 济宁 272100
3 山东高速集团有限公司, 济南 250098
丁苯橡胶(SBR)活性乳化沥青可以活化旧路面的老化沥青, 但是存在高温稳定性差以及黏附性不足等问题。为解决SBR活性乳化沥青性能上的不足, 使用水性环氧树脂(WER)对其进行复合改性, 通过修正低温蒸发法获取蒸发残留物, 分析不同掺量WER对SBR活性乳化沥青基本物理性能、黏附性、流变性能、低温蠕变性能以及还原性的影响。结果表明: 掺入WER之后, SBR活性乳化沥青的针入度大幅下降, 软化点显著提高, 延度下降; WER能够显著提高SBR活性乳化沥青的高温稳定性, 但对其低温延展性有负面影响; SBR活性乳化沥青的黏附性显著增强; 复合剪切模量(G*)、车辙因子(G*/sin δ)随WER掺量的增加不断提高, 相位角(δ)随WER掺量的增加不断下降, 表明高温抗车辙性能得到改善; 劲度模量(S)和蠕变速率(M)则随着WER掺量增加分别呈增大和降低趋势; WER的掺入不影响SBR活性乳化沥青的还原性。根据试验数据, WER掺量应控制在10%~15%(质量分数)。
改性乳化沥青 水性环氧树脂 流变性能 蠕变性能 还原性 黏附性 modified emulsified asphalt waterborne epoxy resin rheological property creep property reducibility adhesivity
强激光与粒子束
2022, 34(5): 056009
1 大连理工大学 航空航天学院,辽宁 大连 116024
2 中山大学 航空航天学院,广东 广州 510006
以宏纤维复合材料(MFC)驱动柔性悬臂结构为研究对象, 着重开展其动态形状控制理论研究。基于有限单元法、均匀化理论和载荷比拟方法, 建立了压电驱动层合结构力-电耦合动力学方程, 并结合模态降阶法得到其状态空间形式控制模型。同时, 针对压电材料作动器迟滞蠕变非线性特征对控制精度影响严重的问题, 开展了依据实验数据的迟滞蠕变建模及其前馈逆补偿控制方法的研究,并构建了面向压电驱动柔性结构动态形状控制的迟滞-蠕变前馈补偿与自抗扰反馈控制相结合的复合控制系统。结果表明, 该复合控制法能够在保证系统稳定性的前提下有效提高系统动态形状控制精度。
形状控制 宏纤维复合材料 自抗扰控制 迟滞蠕变非线性 前馈补偿 shape control macro fiber composite active disturbance rejection control hysteresis creep nonlinearity feedforward compensation
1 西北工业大学 超高温结构复合材料重点实验室
2 西北工业大学 西北工业大学-斯洛伐克科学院联合研究中心
3 西北工业大学 航空学院, 西安 710072
研究了采用化学气相渗透工艺制备2D-SiCf/SiC复合材料的真空蠕变性能, 蠕变温度为 1200、1300和1400 ℃, 应力水平范围为100~140 MPa。用扫描电子显微镜(SEM)和高分辨透射电子显微镜(TEM)分别观察分析了2D-SiCf/SiC复合材料的蠕变断口形貌和微观结构。结果表明, 2D-SiCf/SiC复合材料的主要蠕变损伤模式包括基体开裂、界面脱粘和纤维蠕变。桥接裂纹的纤维发生蠕变并促进了基体裂纹的张开、位移增大, 进一步导致复合材料蠕变断裂, 在复合材料蠕变过程中起决定性作用。2D-SiCf/SiC复合材料的蠕变性能与SiC纤维微观结构的稳定性密切相关。在1200 ℃/100 MPa时, 纤维晶粒没有长大, 复合材料的蠕变断裂时间大于200 h; 蠕变温度为1400 ℃时, 纤维晶粒明显长大, 2D-SiCf/SiC复合材料蠕变断裂时间缩短至8.6 h, 稳态蠕变速率增大了三个数量级。
2D-SiCf/SiC复合材料 蠕变性能 蠕变损伤 SiC纤维 2D-SiCf/SiC composite creep properties creep damage SiC fiber
华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
分析了PFSM的迟滞非线性特性和蠕变特性对控制精度的影响, 提出将XGBoost模型应用于PFSM的动态迟滞非线性特征建模。通过提取PFSM的加压历史特征, 有效地解决了迟滞非线性中数据一对多的问题, 提取的特征包括电压的电压值、变化频率、变化方向、电压增量、历史局部极大值与局部极小值和时间间隔等。仿真结果表明, 此模型可以对迟滞非线性特性和蠕变特性有较好的拟合效果, 相对于静态PI模型, 拟合精度提高了约40 μrand。同时具有模型参数容易识别、易移植到嵌入式芯片等优点。该动态迟滞非线性特征建模方法有理论意义和实用价值。
压电式快速倾斜镜 XGBoost模型 迟滞特性 蠕变特性 特征提取 piezoelectric fast steering mirror XGBoost model hysteresis nonlinear characteristics creep characteristics feature extraction
1 承德石油高等专科学校 河北省仪器仪表工程技术研究中心, 河北 承德 067000
2 河北地质大学 光电技术研究所, 石家庄 050700
光纤光栅压力传感器中光栅与金属基片的连接方法主要分为胶装工艺与金属化封装工艺, 工艺不同传感器会出现蠕变等现象, 也会直接影响传感器的测量精度。对自主设计的悬臂梁式光纤光栅压力传感器进行实验结果显示, 采用金属化封装工艺和353ND胶封装工艺制作的光纤光栅压力传感器其压力与波长的线性拟合度均高于0.998, 使用353ND胶与钢质金属基片胶装的光纤光栅压力传感器在0~6 MPa压力范围内, 在5 min内由于悬臂梁弯曲所造成的最大波长偏移为8 pm; 研究还表明, 同一结构金属化光纤光栅压力传感器其灵敏度是使用353ND胶制成的裸光纤光栅传感器的3.4倍。
光纤光栅传感器 蠕变 胶装工艺 金属化封装 fiber Bragg grating sensor creep adhesive technology metallized packaging
