《泡沫金屬夾芯結構的高溫衝擊行為和最佳化》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由李志斌擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：泡沫金屬夾芯結構的高溫衝擊行為和最佳化
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李志斌
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
泡沫金屬夾芯結構作為輕質高性能吸能結構得到了廣泛套用，但現有工作主要集中在對其常溫力學行為的研究。然而，泡沫金屬夾芯結構具有作為航空航天飛行器中輕質承載吸能結構構件的潛在套用背景和越來越廣泛的套用需求，深入研究泡沫金屬夾芯結構在高溫下的力學行為以及熱力耦合效應變得十分迫切。此外，泡沫金屬夾芯結構可設計性強，還存在很大的學術研究空間，可根據功能和性能的需要對夾芯複合結構進行最佳化設計。本項目致力於研究泡沫金屬夾芯結構的高溫力學行為，以“認識力學行為——發展理論模型——提出最佳化方法”為主線，採用實驗研究、數值模擬和理論分析相結合的方法，探討泡沫金屬夾芯結構在高溫下的力學行為，研究泡沫金屬夾芯結構在高溫下的變形失效模式和承載吸能機理，建立實用的理論模型，指導泡沫金屬夾芯結構的承載、吸能和隔熱性能等多功能一體化最佳化設計。該課題的研究對輕質結構的工程套用和多學科交叉發展均具有重要意義。
結題摘要
泡沫金屬具有優異的力學和熱學性能，廣泛套用於航空航天等領域。從構件的強度、吸能和維護等方面綜合考慮，泡沫金屬通常要與傳統的緻密金屬組成複合結構才能實現最佳力學性能，多數情況下是作為夾芯結構的芯層材料。目前，對泡沫金屬夾芯結構的力學性能的研究主要集中在常溫條件下，而對其高溫力學性能的研究還比較匱乏。泡沫金屬具有作為空間飛行器中輕質承載吸能結構構件的潛在套用背景和越來越廣泛的套用需求。因此，深入研究泡沫金屬夾芯結構在高溫下的力學性能以及熱力耦合效應變得十分迫切。 本項目以實驗研究為主，結合理論分析和數值計算系統研究了在不同溫度環境下泡沫金屬夾芯結構的力學行為。研究內容包括：（1）梯度溫度場中泡沫金屬材料犧牲層的抗衝擊分析；（2）不同溫度下泡沫金屬夾芯梁的壓入和三點彎曲力學行為；（3）不同溫度下泡沫金屬夾芯板的壓入和侵徹力學行為；（4）基於多層結構的泡沫金屬夾芯板多功能設計。主要討論了不同溫度條件下泡沫金屬夾芯結構的變形/失效模式、承載和能量吸收性能，取得的主要成果如下： 實驗研究了泡沫金屬夾芯梁在不同溫度下的壓入和三點彎曲變形/失效行為和承載吸能性能，探討了一些主要參數對夾芯梁結構回響的影響。將夾芯梁結構的失效模式圖擴展到高溫情況下，得到了泡沫鋁夾芯梁的初始失效模式圖隨溫度的變化趨勢。 通過夾芯板在不同溫度下的準靜態和低速衝擊實驗和壓入實驗，研究了溫度對泡沫金屬夾芯板結構的變形/失效模式、承載和能量吸收性能的影響，探討了夾芯板結構在高溫下的動態力學性能和靜態力學性能之間差異。 從夾芯結構承載、吸能與隔熱等多功能綜合考慮出發，通過添加高效輕質的隔熱層氧化鋁纖維板發展了多種多層複合結構拓撲構型，並通過隔熱性能和承載吸能性能的比較進行了優選。通過準靜態壓入實驗研究了傳統夾芯板和優選的多層夾芯板結構在不同溫度下的壓入力學性能，得到了兩種夾芯板結構的承載和吸能性能隨溫度的變化關係。
