飛行器

    飛行器( 如航天飛機) 、超音速客機或戰斗機等在高速飛行時其表面與空氣摩擦產生高達2 000 K 的高溫環境,為了保證飛行器的安全穩定,其外表面材料需要具有良好的隔熱性能而內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出現較大的溫度應力.

    而梯度功能材料( functionally graded materials,FGM) 是由2 種或者2 種以上材料構成的復合材料, 通過連續地改變材料的組分比例,使其材料性能( 包括導熱性能、彈性模量、結構強度等) 隨著組分和溫度的變化逐漸變化,故結構材料的屬性是關于空間位置和溫度的函數.與普通的復合材料不同不同的是,FGM 通過連續改變多種材料的組分使材料內部不會出現界面,能有效地緩和內部熱應力,適合用于大范圍溫變的惡劣服役環境. 因此分析飛行器前錐損傷性能是一個同時考慮溫度場、位移場、損傷場、材料分布的多場耦合問題.

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載荷作用下的損傷演化過程以及不同的材料分布方式對飛行器結構損傷演化性能的影響, 東南大學王新月等人建立了功能梯度材料的彈性損傷本構關系. 基于有限元軟件ABAQUS 的二次開發,將功能梯度材料的損傷本構關系引入飛行器結構性能的數值分析過程中. 研究結果表明:

    1) 從飛行器的前部到后部、邊緣到內部,材料損傷演化都經歷了一個上升然后逐漸穩定的過程,而損傷演化穩定速率與溫度場有關.

    2) 飛行器前錐最前部的損傷要遠大于其內部的損傷值,飛行器前錐最前部溫度梯度較大,存在很大的熱應力和熱應變,損傷最為嚴重; 飛行器前錐內部的材料導熱率較高,溫度梯度較小,其熱應力、熱應變和損傷值都較小.

    3) 材料過渡層厚度變化時,飛行器前錐同一位置處的材料損傷演化趨勢沒有變化. 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,但對內部材料的損傷影響不大.

    上述研究結果對于優化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值.

責任編輯：周婭

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