《波紋夾芯結構C/SiC複合材料的高溫熱力耦合行為研究》是依託哈爾濱理工大學，由成夙擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：波紋夾芯結構C/SiC複合材料的高溫熱力耦合行為研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：成夙
- 依託單位：哈爾濱理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對近空間用超高聲速飛行器熱防護材料的關鍵技術要求，研發一種輕質、防熱和承力結構一體化的新型複合材料-波紋夾芯結構C/SiC複合材料，研究該材料的製備工藝與微觀組織結構，實驗測試該材料的高溫力學性能與力學、物理學參數。基於細觀力學原理、熱彈性、熱傳導理論，提出一種適用於高溫環境下波紋夾芯結構C/SiC複合材料的熱力耦合數值計算方法。建立具有耦合形式的動力學和熱傳導方程組，結合有限元計算方法，給出離散結構動力學計算方程,使波紋夾芯結構C/SiC複合材料高溫熱力耦合問題轉化為耦合形式的非線性導熱方程和動力學結構方程的藕合數值計算問題，並採用精細積分方法求解。本項目的開展為我國高超聲速飛行器輕質多功能熱防護材料的套用及安全評估提供理論支持與實驗依據。
結題摘要
高超聲速飛行器在空中要保持長時間，高速度的飛行狀態，能夠承受惡劣的飛行熱環境和氣動載荷，要求其採用材料同時具有輕質、承力、防熱、隔熱等功能。針對近空間用超高聲速飛行器熱防護材料的關鍵技術要求，本課題利用高精度模具與有機前驅體浸漬裂解工藝相結合的方法開發製備了一種C/SiC波紋夾芯結構，這種複合材料結構體積密度＜1.2g/cm3，並具有高比強度，高比剛度，優良的防隔熱性能等特點。本課題採用材料學分析測試手段對複合材料結構的物相組成、微觀組織結構等進行了表征。利用力學實驗測試方法研究了不同溫度和環境下複合材料結構壓縮和彎曲力學性能，分析了高溫無氧環境下和高溫氧化後 複合材料結構力學性能的變化規律，對其失效方式、失效機制、材料微結構的演化進行了系統的評價，研究結果表明在高溫無氧環境中，溫度升高複合材料結構力學性能提高，其主要原因是由於碳纖維在高溫環境下向有序化轉變，提高了材料的力學性能，而在氧化環境中，溫度越高複合材料結構的力學性能越差，主要原因是SiC和碳纖維在高溫環境下氧化損傷增大所導致。利用ABAQUS有限元分析軟體對複合材料結構的力學性能，高溫熱力耦合行為進行了模擬，並將所獲得模擬結果與實驗結果進行了對比，建立起了C/SiC波紋夾芯結構不同環境下的力學性能預報體系。本課題研究表明採用波紋夾芯結構C/SiC複合材料作為熱防護結構，可以大幅度的降低飛行器質量，提高飛行器熱防護能力和承載能力，增加飛行器的使用效率和安全性，從而提高超高聲速飛行器在近空間的飛行速度和持續航行能力，本項目的開展推動了我國高超聲速飛行器等新概念武器裝備的發展，對提高我國國防軍事實力具有極其重要的意義。
