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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（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k335

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