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第18部分 结构材料3

第172章 未来飞机结构：从金属结构到复合材料结构3

1 引言3

2 飞机结构：过去、现在和未来5

2.1 现代飞机结构，更轻更省油6

2.2 结构效率——几何与连续性7

3 层合板结构：从金属材料到复合材料10

4 复合材料和多学科飞机设计11

4.1 多学科机身设计，力学与声学的集成13

4.2 机身的隔音14

5 安全低成本层合板14

6 简单纤维铺层，安全和低成本18

7 简单聚酯系统，安全和降低成本20

8 制造、组装和控制：金属纤维的优点23

9 结论23

注释24

参考文献24

拓展阅读25

第173章 结构材料：铝及其合金——属性26

1 引言26

2 历史28

3 加工处理28

4 铝合金的强化机制29

5 合金牌号和特性31

6 结论35

参考文献35

第174章 结构材料：铝及其合金的制造技术37

1 引言37

2 铝结构的制造37

3 整体加筋板37

4 铝结构的连接38

5 铜焊39

6 熔焊39

7 弧焊39

8 气状钨弧焊（GTAW）TIG39

9 气状金属弧焊（GMAW）MIG40

10 变极性等离子弧焊接过程（VPPAW）40

11 束焊41

12 电阻焊41

13 固态过程41

14 线性及旋转摩擦焊接42

15 摩擦搅拌焊接（FSW）42

16 铝结构的近网成型过程43

17 精密铸造43

18 精密锻造43

19 夹层结构44

20 多层成型44

21 结论45

致谢45

参考文献45

第175章 钛及其合金：冶金、热处理及合金特性47

1 引言47

2 为什么选用钛47

3 钛冶金49

3.1 合金种类49

3.2 钛的热处理50

3.3 一般合金特性53

3.4 新兴合金56

4 结论56

参考文献56

第176章 金属钛及其合金：处理、加工及力学性能58

1 处理58

1.1 熔化58

1.2 锭的转化58

1.3 坯锭59

1.4 薄板产品59

1.5 杆、锻块59

1.6 模锻59

1.7 挤压型材60

1.8 铸件60

1.9 粉末冶金61

2 制造61

2.1 焊接61

2.2 超塑成型和扩散结合（SPFDB）63

2.3 添加层制造64

2.4 机械加工65

2.5 表面处理65

3 机械性能66

3.1 拉伸强度67

3.2 延展性67

3.3 断裂韧性67

3.4 疲劳68

3.5 蠕变70

4 结论70

参考文献70

拓展阅读71

第177章 纤维增强聚合物复合材料：制造和认证问题72

1 引言72

2 认证问题73

2.1 材料和工艺发展73

2.2 生产和质量评估73

2.3 构件测试74

2.4 分析75

2.5 结构测试76

2.6 可支持性76

3 制造选择76

3.1 材料选取76

3.2 工艺选择77

3.3 连接77

4 结论77

参考文献78

拓展阅读78

第178章 负载层压复合材料结构79

1 引言79

2 复合材料层合板的基本术语79

薄板、层合板和层合板编码79

3 薄板的应力应变关系80

4 薄板的本构方程（薄板理论）81

5 薄板应力分析81

6 薄板失效准则82

6.1 薄板面内失效准则82

6.2 薄板面外失效准则82

7 自由边应力82

8 复合材料层合板结构特点83

9 层合板增强设计方法83

10 结论84

参考文献84

第179章 纤维增强聚合物基复合材料： 压力容器在航空航天的应用85

1 引言85

1.1 什么是压力容器（PV）85

1.2 什么是航天系统85

1.3 压力容器在航天系统中的应用86

1.4 国际压力硬件标准87

2 复合材料缠绕压力容器（COPV）的制造工艺87

3 复合材料缠绕压力容器应用于航空航天的主要问题88

3.1 撞击破坏88

3.2 LBB失效模式88

3.3 应力破坏寿命88

4 复合材料缠绕压力容器（COPV）设计和检验的关键要求89

4.1 设计要求89

4.2 材料要求90

4.3 质量保证要求91

5 结论91

参考文献91

第180章 纺织复合材料：聚合物基复合材料92

1 引言：什么是纺织复合材料？92

2 纺织预成型的类型92

2.1 机织预成型93

2.2 编织预成型94

2.3 多轴多层经编预成型（无皱褶织物）95

3 纺织预成型在复合材料制造中的特性96

3.1 成型性96

3.2 渗透性97

4 纺织复合材料的内部结构98

4.1 皱褶99

4.2 孔隙、富树脂区、嵌套99

5 织物增强复合材料的刚度99

6 织物增强复合材料的强度和损伤演化102

6.1 准静态拉伸强度和损伤102

6.2 压缩和面外加载103

6.3 复杂加载的失效准则103

7 纺织复合材料的建模工具104

7.1 单胞的几何模型104

7.2 增强材料变形性和悬垂的建模105

7.3 渗透性和充模的建模105

7.4 纺织复合材料力学性能和结构分析的建模106

8 结论106

参考文献106

扩展阅读107

第181章 纺织复合材料：陶瓷基复合材料108

1 引言108

2 陶瓷基复合材料：损伤容限型脆性材料108

3 材料选择和加工110

3.1 航空航天应用材料选择110

3.2 纤维110

3.3 界面涂层110

3.4 基体材料111

3.5 加工方法111

4 单向或层合二维增强陶瓷基复合材料的性能112

5 三维织物增强陶瓷基复合材料112

5.1 坚固的薄陶瓷基复合材料面板113

5.2 三维陶瓷基复合材料结构举例113

6 三维织物增强陶瓷基复合材料性能的建模116

7 结论117

相关章节117

参考文献118

第182章 三维贯穿层合（Translaminar）增强和三维纺织复合材料119

1 引言119

2 贯穿层合复合材料120

2.1 定义120

2.2 穿过层板厚度的缝合复合材料121

2.3 Z向针刺成型复合材料121

3 复合材料三维整体式纺织预制件123

3.1 三维整体式预制件的定义123

3.2 纺织增强相的不同类型123

4 二维和三维纺织增强复合材料的设计124

4.1 纺织复合材料的关键问题124

4.2 Z向纱线尺寸的影响125

4.3 预制件纤维结构的影响126

5 力学性能的比较129

6 结论130

致谢131

参考文献131

第183章 轻质夹芯结构133

1 夹芯结构133

2 夹芯板的制造134

3 面板的制造134

4 夹芯135

5 夹芯的制造136

6 夹芯板的装配136

7 切割和折叠拼接137

8 夹芯结构边缘处理137

9 连接夹芯板138

10 夹芯板应用139

10.1 体育139

10.2 民用基础设施139

10.3 内饰139

10.4 化学／电子139

10.5 航海应用139

10.6 汽车和铁轨139

10.7 航空领域140

11 结论140

相关章节140

参考文献140

拓展阅读140

第184章 激光在航空航天制造工业中的应用141

1 激光钻孔141

1.1 钻孔141

1.2 简介141

1.3 激光钻孔原理141

1.4 激光钻孔变量142

1.5 航空航天工业不同材料钻孔143

1.6 激光钻孔的数学模型144

1.7 传感器144

1.8 总结144

2 焊接144

2.1 简介144

2.2 激光焊接原理145

2.3 激光焊接变量145

2.4 航空航天工业中不同材料焊接技术146

2.5 热传递147

2.6 传感器147

2.7 总结147

3 激光冲击喷丸148

作用机理148

4 激光熔覆和直接金属沉积技术148

4.1 简介148

4.2 激光熔覆建模149

4.3 激光熔覆技术制造复合材料150

4.4 固体自由成型151

4.5 直接金属沉积技术152

4.6 材料微观结构设计153

5 结论154

致谢154

参考文献154

第185章 金属与金属和金属与复合材料黏接以及螺栓结构连接158

1 引言158

2 机械接头159

3 黏接接头159

4 经典接头分析160

5 混合接头分析162

6 设计展望164

参考文献165

第186章 热防护系统166

1 引言166

2 航天飞机的遗产167

2.1 隔热瓦和覆盖层168

2.2 覆有增强碳－碳材料的机翼前缘、凸出部分168

3 较新的隔热瓦和覆盖层概念169

4 金属热防护系统170

5 结构集成TPS／陶瓷基复合材料（CMC）171

6 热结构171

7 冷却概念172

8 尖前缘和超高温陶瓷172

9 示范试验飞行器173

10 烧蚀材料174

11 电弧试验175

12 充气系统175

13 结论175

致谢175

参考文献176

第187章 叠层（Layer-by-Layer，LBL）纳米材料制成的先进复合材料178

1 引言178

2 叠层黏土178

2.1 黏土粒子的结构与特性178

2.2 多层黏土的结构组织179

2.3 作为高性能纳米复合材料的多层黏土179

2.4 多层黏土在生物技术方面的应用182

2.5 多层黏土的各向异性传输182

2.6 多层黏土在光学与电子方面的应用183

3 叠层碳纳米管183

3.1 CNTs结构与特性183

3.2 多层碳纳米管的结构组织183

3.3 电导体方面的应用183

3.4 传感器方面的应用184

3.5 燃料电池方面的应用184

3.6 叠层纳米／微球涂层及生物医学方面的应用185

4 结论186

参考文献186

第188章 纳米材料的力学性能189

1 聚合物基纳米材料的重要性189

2 填料几何性质对纳米复合材料刚度的影响190

3 纳米夹杂对聚合物的增强与增韧效应192

4 纳米复合材料模型194

5 结论195

致谢195

参考文献195

第19部分 耐高温材料199

第189章 钛合金：加工、性质及其应用199

1 引言199

2 钛的合金化200

3 钛合金的加工200

4 工艺与性能关系202

4.1 钛合金微观结构的演变202

4.2 拉伸性质204

4.3 断裂韧性204

4.4 疲劳特性205

4.5 蠕变行为205

4.6 应力腐蚀开裂（StressCorrosionCracting，SCC）206

5 钛合金的航空航天应用206

6 结论209

7 致谢209

扩展阅读209

第190章 TiAl金属互化物210

1 引言210

2 组成和微观结构210

3 热力学性质212

4 变形特性、强度和韧性212

5 裂纹扩展和断裂韧性214

6 疲劳215

7 蠕变216

8 加工217

8.1 铸造217

8.2 粉末冶金217

8.3 锻造加工217

8.4 连接218

9 表面处理218

10 结论219

致谢219

相关章节219

参考文献219

第191章 高温应用下的金属基复合材料221

1 引言221

2 加工223

2.1 搅拌铸造223

2.2 熔体浸渗法／压挤铸造223

2.3 原位反应（In situ reaction）223

2.4 粉末加工223

2.5 纤维箔铺层223

2.6 基体纤维涂层的巩固223

3 铝复材224

4 钛基系统224

4.1 静态拉仲性能224

4.2 蠕变和疲劳224

5 金属问化合物225

5.1 钛铝合金复合材料226

5.2 镍基系统226

5.3 硅化系统226

6 应用227

6.1 整体叶片环和叶片环227

6.2 轴228

6.3 其他部件228

7 结论229

参考文献229

第192章 多晶镍基高温合金：加工工艺、性能及应用231

1 引言231

2 航空燃气轮机工作环境231

3 高温合金冶金学基础233

3.1 γ基体的固溶强化233

3.2 析出强化233

3.3 碳化物相234

3.4 微量元素的影响234

3.5 结构与性能间的关系234

4 热处理的作用235

5 多晶体加工锻造235

6 铸锻工艺236

6.1 真空感应熔炼（Vacuum-InductionMelting，VIM）、真空电弧重熔（Vacuum Arc Remelting，VAR）和电渣重熔（Electro Slag Remelting，ESR）236

6.2 粉末冶金加工236

6.3 锻造237

6.4 锻后处理237

7 使用注意事项237

8 未来研究方向——根据工作环境对材料进行优化238

9 结论239

相关章节239

参考文献239

第193章 镍基高温合金在叶片中的应用：制造、性能和应用240

1 燃气涡轮发动机中的高温合金240

2 高温合金的成分240

2.1 铸造高温合金243

2.2 定向固化合金244

3 高温合金的性能246

3.1 拉仲性能246

3.2 蠕变性能247

3.3 疲劳和疲劳裂纹扩展249

4 结论249

致谢249

参考文献249

第194章 镍基超耐热合金的深入研究251

1 引言251

2 铌硅化物基合金252

3 钼硅化物基合金257

4 展望259

参考文献259

第195章 航空发动机材料的固态焊接261

1 引言261

2 摩擦焊接的工艺环节262

2.1 惯性摩擦焊接262

2.2 线性摩擦焊接262

3 惯性摩擦焊接和线性摩擦焊接方法中材料和残余应力的影响263

3.1 同类焊接中材料的影响263

3.2 同类焊接中残余应力的影响263

3.3 异种焊接的影响263

4 案例研究264

4.1 案例研究一：用惯性摩擦焊接法焊接镍基超耐热合金264

4.2 案例研究二：用线性摩擦焊接法焊接钛合金266

4.3 案例研究三：用惯性摩擦焊接法焊接高性能钢268

5 结论269

参考文献270

第196章 钛合金的超塑性成型以及扩散压合272

1 引言272

2 超塑性行为的特点及要求272

3 超塑性行为的力学特性272

4 超塑性材料的特性：本构关系273

4.1 m值的测量273

4.2 拉仲试验274

4.3 双轴锥测试274

4.4 本构关系274

5 超塑性合金274

5.1 超塑性合金的类型274

5.2 钛合金晶粒细化的影响275

5.3 影响钛合金超塑性性能的因素275

6 加工钛合金以形成超塑性微观结构：各向异性／结构275

6.1 加工275

6.2 各向异性／结构276

6.3 降低超塑性成型温度276

7 超塑性成型——加工及设备276

7.1 简单的凹模成型277

7.2 热片材垂帘成型277

7.3 超塑性成型的仿真和控制277

8 扩散压合277

8.1 扩散黏合的建模277

8.2 扩散压合步骤和设备278

8.3 а－晶格279

8.4 扩散压合测试279

8.5 超塑性成型以及扩散压合／超塑性成型的好处与劣势280

9 超塑性成型／扩散压合技术的应用280

10 结论281

致谢281

参考文献281

第197章 机翼组件的近净成型构造283

1 引言283

1.1 激光直接沉积法283

1.2 净成型热等静压法284

2 净成型制造业在航空航天工业中的应用284

2.1 直接激光沉积的应用284

2.2 净成型热等静压在航空航天中的应用287

3 结论290

致谢290

相关章节291

参考文献291

第198章 热障涂层292

1 引言292

2 热障涂层系统293

2.1 介绍293

2.2 黏结层293

2.3 顶部涂层294

3 热障涂层中的孔结构296

3.1 介绍296

3.2 等离子喷涂热障涂层296

3.3 电子束物理气相沉积热障涂层296

4 失效机理297

4.1 介绍297

4.2 黏结涂层的氧化297

4.3 顶部涂层的退化298

4.4 导致失效的其他因素298

4.5 热障涂层的寿命预测298

5 前景展望298

致谢299

备注300

符号／记号列表300

相关章节300

参考文献300

扩展阅读301

第199章 寿命预测方法和组件的分类：方法概论302

1 引言302

2 组件的分类302

3 寿命预测方法303

3.1 安全寿命303

3.2 2／3功能异常304

3.3 断裂力学304

3.4 数据库305

3.5 损伤容限305

3.6 失效原因306

3.7 新寿命相关306

3.8 非LCF方法306

3.9 未来的挑战307

参考文献307

第20部分 活性材料311

第200章 活性材料在航空航天中的应用311

1 引言311

2 系统优势311

2.1 噪声和振动抑制312

2.2 形状自适应结构315

3 结论318

致谢318

备注318

参考文献318

第201章 铁电材料322

1 铁电的基本原理322

1.1 材料行为322

1.2 微观结构322

1.3 相变322

2 材料属性324

2.1 线性属性324

2.2 转换326

3 宏观行为326

3.1 畴326

3.2 多晶陶瓷326

4 结论328

参考文献328

第202章 压电陶瓷制动器和传感器329

1 压电陶瓷的基本原理329

1.1 物理原理329

1.2 电力本构方程329

2 压电陶瓷制动器330

2.1 制动器的封锁力和自由位移331

2.2 制动器负载线332

2.3 静态激励磁场下的行为332

2.4 动态激励磁场下的行为333

2.5 消极行为和介电击穿333

2.6 能量消耗334

2.7 压电耦合系数kij335

3 压电陶瓷传感器335

3.1 基本的传感机制336

3.2 信号调理元件336

3.3 传感器校准337

4 结论338

参考文献339

第203章 形状记忆合金341

1 引言341

1.1 独特表现341

1.2 形状记忆合金的发展史342

2 形状记忆合金的应用343

2.1 使用模式343

2.2 航空航天应用344

2.3 潜在的未来航空航天应用344

3 热机械行为345

3.1 马氏体相变，晶体和微结构346

3.2 基本热机械行为347

3.3 环境介质和加载速率敏感性348

3.4 局部化和转换方面349

3.5 周期性的行为和安定349

3.6 拉压不对称350

3.7 多轴向行为351

4 建模351

5 最新进展351

5.1 成本与数量351

5.2 低滞后SMAs351

5.3 高温形状记忆合金351

5.4 铁磁形状记忆合金352

5.5 新形式的形状记忆合金352

6 结论352

致谢352

备注352

参考文献353

第204章 航空航天工程中的电活性聚合物（EAP）制动器354

1 引言354

2 历史展望354

3 电活性聚合物（EAP）组355

3.1 电子／电场激活式EAP355

3.2 离子式EAP357

4 EAP制动器的掰手腕挑战357

5 EAP的应用358

6 结论359

致谢359

参考文献360

第21部分 空间应用材料363

第205章 空间材料：介绍和概述363

1 引言363

2 运行注意事项363

2.1 发射和折返363

2.2 运行阶段364

3 空间环境364

3.1 空间环境构成和它们对材料的影响364

3.2 空间腐蚀和原子氧365

3.3 辐射366

3.4 冲击破坏367

4 太阳能电池368

4.1 太阳能电池退化368

5 结论369

参考文献369

第206章 太空中的聚合物370

1 引言370

2 空间环境条件下聚合物的热光学性质变化371

3 聚合物与残留在地球大气层中原子氧的相互作用371

3.1 聚酰亚胺的快原子氧侵蚀特性371

3.2 由FAO流诱发的质量损失的动力学研究373

3.3 由FAO轰击聚合物过程中带有质量损失的化学反应的概率373

4 在太空环境中全氟聚合物PTFE与FEP的损毁374

4.1 Teflon在真空紫外辐射中破坏的主要特点375

4.2 蒸发模型的一般特点376

4.3 FEP薄膜在实验室和飞行测试下的差异377

5 结论377

相关章节377

参考文献377

第207章 空间材料的表面改性379

1 引言379

2 空间材料表面工程方法380

2.1 薄膜防护涂料381

2.2 表面改性工艺381

2.3 颗粒疏松材料和涂料390

3 结论与未来趋势391

致谢392

参考文献392

第208章 微流星体和轨道碎片对空间材料和结构的冲击损伤395

1 引言395

2 冲击的风险评估396

2.1 冲击概率396

2.2 卫星的故障概率397

3 结构和材料的冲击伤害397

3.1 时金属的冲击破坏397

3.2 复合材料层合板的冲击破坏399

4 冲击屏蔽结构400

5 月球环境401

6 结论401

符号列表401

参考文献402

第209章 太空腐蚀404

1 引言404

2 什么是原子氧404

3 原子氧效应405

3.1 ATOX通量405

3.2 ATOX碰撞能量405

3.3 材料温度405

3.4 热应力405

3.5 协同效应的太阳辐射405

3.6 碰撞角度405

3.7 间接碰撞406

3.8 原子氧对金属的作用406

3.9 原子氧与非金属作用408

3.10 原子氧与有机物作用408

3.11 原子氧与润滑油作用408

3.12 在有缺陷的保护层之间捕获原子氧408

4 测试409

4.1 飞行测试409

4.2 原子氧的地面测试410

5 结论410

参考文献410

第210章 材料的太空飞行试验412

1 太空飞行试验介绍412

2 材料的太空飞行试验414

2.1 航天飞机飞行试验414

2.2 自由飞行器416

2.3 俄罗斯和平号空间站419

2.4 国际空间站（ISS）420

3 结论425

参考文献425

第211章 太空环境模拟与材料试验429

1 引言429

2 仪器的设计和运行要求430

2.1 真空系统430

2.2 试验环境430

2.3 样品处理和存储431

2.4 洁净度和污染控制431

2.5 测量原则431

3 真空释气431

3.1 基本筛分试验方法431

3.2 动态试验方法432

3.3 仪器设计432

3.4 测试标准432

3.5 数据分析方法433

4 原子氧模拟433

4.1 仪器设计433

4.2 测试标准433

4.3 数据分析方法434

5 热力学测试434

5.1 仪器设计434

5.2 测试标准434

5.3 数据分析方法434

6 电磁辐射和带电粒子435

6.1 仪器设计435

6.2 测试标准436

6.3 数据分析方法436

7 微流星体和轨道碎片436

7.1 设备设计436

7.2 测试标准436

7.3 数据分析方法436

8 加压环境下的试验437

8.1 气体释放437

8.2 可燃性437

9 其他环境437

9.1 月球和行星环境437

9.2 飞船发射和返回437

9.3 协同环境437

9.4 地面环境438

10 结论和更多资讯438

参考文献438

附录1 《航空航天科技出版工程》英文版编写委员会439

附录2 《航空航天科技出版工程4材料技术》英文版参编人员442

索引445