《集承載和熱控於一體的多功能結構研究》是依託哈爾濱工業大學，由吳林志擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：集承載和熱控於一體的多功能結構研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：吳林志
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目以近空間飛行器系統中將要套用的多功能結構為研究對象，開展集成電源、熱控和結構於一體的多功能結構的若干關鍵問題研究，包括多功能結構電源/熱控/結構的協同設計；纖維柱夾芯複合材料結構的最佳化設計和製備工藝研究；纖維柱夾芯結構的變形行為、屈曲特性及動態回響特性研究；纖維柱夾芯結構的損傷機理和失效破壞研究；空間鋰離子電池的電性能研究；多功能結構的導熱特性研究；多功能結構的可靠性評價研究等。其目的是製備出高比強、高比剛、高質量比能量電池、高體積比能量電池、導熱性能優異的超輕多功能結構，解決超輕多功能結構研製中的若干關鍵技術，以滿足未來飛行器系統對多功能結構的需求。本項目研究成果如在近空間飛行器系統中得到套用，不僅可以有效地減輕飛行器的重量，增加有效載荷，同時也可以提高其使用性能和可靠性。
結題摘要
本項目以近空間飛行器系統中將要套用的輕質結構為研究對象，開展熱力載荷作用下輕質結構的若干關鍵問題研究。 (1)考慮材料的比強度、比剛度要求，對複合材料點陣結構進行了最佳化設計，重點考慮了複合材料面板的鋪設順序和厚度、纖維柱的長度和半徑、纖維柱的分布、纖維柱與面板的連線方式等情況，以確定力學性能的最優結構形式。 (2)研究了複合材料點陣結構的一體化成型工藝和二次成型工藝，並根據最佳化設計方案製備了系列點陣結構，包括金字塔型、四面體型點陣結構。複合材料點陣結構件製備時要考慮夾芯層內微型熱管的埋設。 (3)通過破壞性實驗，研究了複合材料點陣結構的失效機理和破壞模式，確定了纖維柱、複合材料面板及芯子與面板界面的破壞準則。通過觀察複合材料點陣結構的破壞模式，建立了結構失效演化的分析模型，採用數值方法分析了結構在外載荷作用下的失效破壞過程。 (4)在典型準靜態載荷作用下，研究了複合材料點陣結構的變形行為。平壓載荷下，給出了點陣結構的平壓剛度和強度；剪下載荷下，給出了點陣芯子的剪下剛度和強度；側壓載荷下，研究了複合材料點陣結構的屈曲行為，包括面板和纖維柱的屈曲，繪製了相應的結構失效機製圖；三點彎曲載荷下，分析了複合材料點陣結構彎曲和剪下變形，繪製了相應的結構失效機製圖。 (5)在動載荷作用下，研究了複合材料點陣結構的衝擊行為及振動特性。針對衝擊問題，研究了沖頭速度和作用位置對複合材料點陣結構衝擊回響的影響，並預報了衝擊後點陣結構的剩餘剛度和強度。針對振動問題，提出了改進的折線模型，採用該模型分析複合材料點陣結構的固有頻率和振型。 (6)研究了複合材料點陣結構的傳熱特性，包括埋設微型熱管前後的熱傳導行為，給出了熱載荷作用下結構內部的溫度場分布。在此基礎上，採用有限元方法分析了熱-機械載荷作用下複合材料點陣結構的熱-力耦合特性，給出結構內部的變形場、應力場及結構失穩的臨界載荷。此外，還研究了溫度場及熱暴露時間對複合材料點陣結構力學性能的影響，揭示了複合材料點陣結構力學性能隨溫度和熱暴露時間變化的規律。 (7)製備了典型的輕質結構樣件，並與已有的輕質結構進行了對比分析，發現本項目製備的輕質複合材料點陣結構在低密度區就有優異的力學性能。
