飛行器

    飛行器( 如航天飛機(jī)) 、超音速客機(jī)或戰(zhàn)斗機(jī)等在高速飛行時(shí)其表面與空氣摩擦產(chǎn)生高達(dá)2 000 K 的高溫環(huán)境,為了保證飛行器的安全穩(wěn)定,其外表面材料需要具有良好的隔熱性能而內(nèi)部需要良好的承力性能. 一般飛行器外表面多用陶瓷材料,內(nèi)部采用金屬和新型材料,然而在服役條件下,2 種材料的連接處將會(huì)出現(xiàn)較大的溫度應(yīng)力.

    而梯度功能材料( functionally graded materials,FGM) 是由2 種或者2 種以上材料構(gòu)成的復(fù)合材料, 通過連續(xù)地改變材料的組分比例,使其材料性能( 包括導(dǎo)熱性能、彈性模量、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等) 隨著組分和溫度的變化逐漸變化,故結(jié)構(gòu)材料的屬性是關(guān)于空間位置和溫度的函數(shù).與普通的復(fù)合材料不同不同的是,FGM 通過連續(xù)改變多種材料的組分使材料內(nèi)部不會(huì)出現(xiàn)界面,能有效地緩和內(nèi)部熱應(yīng)力,適合用于大范圍溫變的惡劣服役環(huán)境. 因此分析飛行器前錐損傷性能是一個(gè)同時(shí)考慮溫度場(chǎng)、位移場(chǎng)、損傷場(chǎng)、材料分布的多場(chǎng)耦合問題.

飛行器前錐

    為了研究由C /C-SiC 功能梯度材料組成的飛行器前錐在氣動(dòng)載荷作用下的損傷演化過程以及不同的材料分布方式對(duì)飛行器結(jié)構(gòu)損傷演化性能的影響, 東南大學(xué)王新月等人建立了功能梯度材料的彈性損傷本構(gòu)關(guān)系. 基于有限元軟件ABAQUS 的二次開發(fā),將功能梯度材料的損傷本構(gòu)關(guān)系引入飛行器結(jié)構(gòu)性能的數(shù)值分析過程中. 研究結(jié)果表明:

    1) 從飛行器的前部到后部、邊緣到內(nèi)部,材料損傷演化都經(jīng)歷了一個(gè)上升然后逐漸穩(wěn)定的過程,而損傷演化穩(wěn)定速率與溫度場(chǎng)有關(guān).

    2) 飛行器前錐最前部的損傷要遠(yuǎn)大于其內(nèi)部的損傷值,飛行器前錐最前部溫度梯度較大,存在很大的熱應(yīng)力和熱應(yīng)變,損傷最為嚴(yán)重; 飛行器前錐內(nèi)部的材料導(dǎo)熱率較高,溫度梯度較小,其熱應(yīng)力、熱應(yīng)變和損傷值都較小.

    3) 材料過渡層厚度變化時(shí),飛行器前錐同一位置處的材料損傷演化趨勢(shì)沒有變化. 增加過渡層的厚度,能夠降低飛行器前錐表面材料的損傷程度,但對(duì)內(nèi)部材料的損傷影響不大.

    上述研究結(jié)果對(duì)于優(yōu)化C /C-SiC 功能梯度材料中的C /C-SiC 分布以改善飛行器前錐的損傷程度具有一定的參考價(jià)值.

責(zé)任編輯：周婭

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