航空航天科技出版工程 4 材料技术PDF电子书下载

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）-TIG 39

9气状金属弧焊（GMAW）-MIG 40

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（Stress Corrosion Cracting， 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 静态拉伸性能 224

4.2 蠕变和疲劳 224

5金属间化合物 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-Induction Melting， 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 拉伸性能 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 拉伸试验 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 α-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k 335

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SMAs 351

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EAP 355

3.2 离子式EAP 357

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 空间腐饮和原子氧 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 对金属的冲击破坏 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