纖維針刺輕量化熱防護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能仿真研究.pdf

1、高超飛行器極端惡劣的服役環(huán)境對(duì)其熱防護(hù)結(jié)構(gòu)的輕量化和力學(xué)性能提出了苛刻要求。本文以高超飛行器針刺輕量化熱防護(hù)結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，針對(duì)高超熱防護(hù)結(jié)構(gòu)服役面臨的機(jī)械、氣動(dòng)熱、振動(dòng)及噪聲等荷載，仿真研究了針刺熱防護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為，給出了熱防護(hù)結(jié)構(gòu)工藝參數(shù)對(duì)其力學(xué)性能的影響規(guī)律，探索了其影響的力學(xué)機(jī)制，論文主要工作如下:
　　(1)針對(duì)高超飛行器針刺輕量化熱防護(hù)結(jié)構(gòu)，建立了該熱防護(hù)結(jié)構(gòu)的細(xì)觀有限元模型，該模型考慮了熱防護(hù)結(jié)構(gòu)中的復(fù)合材料編織面

2、板、氣凝膠隔熱夾芯及針刺纖維之間的相互作用、考慮了熱防護(hù)結(jié)構(gòu)與金屬機(jī)身的粘接作用，模型既反映了該熱防護(hù)結(jié)構(gòu)的物理實(shí)際，同時(shí)又進(jìn)行了合理精簡(jiǎn)使得計(jì)算機(jī)可求解;
　　(2)針對(duì)該針刺輕量化熱防護(hù)結(jié)構(gòu)，研究了結(jié)構(gòu)工藝參數(shù)（面板厚度、隔熱夾芯厚度、針刺纖維密度、針刺纖維陶瓷化程度等）對(duì)其力學(xué)性能的影響，研究表明針刺纖維束密度與針刺纖維束直徑增大對(duì)該熱防護(hù)結(jié)構(gòu)在典型工況下的應(yīng)力狀態(tài)有改善趨勢(shì);同時(shí)該熱防護(hù)結(jié)構(gòu)厚度增大時(shí)針刺纖維束的應(yīng)力水平升

3、高，對(duì)該熱防護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)的改善不利;
　　(3)本文基于數(shù)值仿真方法，通過(guò)編寫針刺纖維束、編織復(fù)合材料面板以及氣凝膠夾芯材料的損傷與失效分析的UMAT子程序，研究了該熱防護(hù)結(jié)構(gòu)在典型面外拉伸、壓縮荷載下的失效行為，同時(shí)本文開(kāi)展了該針刺輕量化熱防護(hù)結(jié)構(gòu)在典型機(jī)械荷載下力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)測(cè)試工作，數(shù)值仿真結(jié)果與熱防護(hù)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)件的面外拉伸、面外壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。
　　本文給出的針對(duì)針刺輕量化熱防護(hù)結(jié)構(gòu)在機(jī)械、氣動(dòng)熱、振動(dòng)及噪聲等