C/SiC复合材料抗冲击特性及其数值模拟中的核心算法研究

发布时间：2021-04-07 09:49

　　随着“防-隔热与结构一体化”先进设计理念的提出，飞行器热防护系统在高温、微流星体等复杂服役环境下的整体抗冲击性能正在受到各个发达国家的重视。平纹编织C/SiC复合材料（2D-C/SiC）克服了传统陶瓷材料脆性大和可靠性差的弱点，具有高比强度、高比模量、耐高温、抗氧化和低密度等诸多优点，在热防护领域具有广阔应用前景。因此开展2D-C/SiC材料的抗冲击性能试验和仿真计算研究，较好地描述材料在恶劣环境下的力学行为，为该材料的推广应用具有重要的工程意义。然而，2D-C/SiC材料在高速冲击载荷作用下典型粉末化破坏行为的数值仿真对计算工具提出了挑战。无网格SPH方法利用一系列离散分布的粒子表示整个物理模型，粒子之间不需要网格进行连接，在具有自由表面、可变性边界、冲击、爆炸等动态大变形问题中具有明显优势。但是，SPH方法自身仍然存在一定的数值缺陷，改进和发展具有快速高精度的计算方法理论体系，对准确描述材料的力学行为以及损伤破坏过程是至关重要的。本文的研究工作主要围绕2D-C/SiC复合材料展开，通过试验和数值研究分析了平纹编织C/SiC复合材料的高温高速抗冲击特性，同时针对数值模拟中所采用的核心... 

【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：167 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

新型的盖板式热防护结构

传统的金属连接件也会带来大量的热不匹配效应。对此，研究人员提出了一种先进的 C/SiC 复合材料紧固件(如图1-2)[136]，并对其耐高温性能和抗疲劳行为进行了大量的实验研究，发现它可以在 1600℃的高温环境下表现出优异的性能，近些年来学者们对 C/SiC 紧固件进行了大量的研究[137-145]。此外，C/SiC 复合材料已在火箭发动机构件[146-147]、制动系统[148-152]、高温光学成像[153-154]等，在此不再赘述。1.2.4 C/SiC 复合材料抗冲击性能研究的重要性近空间飞行器服役的空间环境是相当复杂的，比如起飞和返回降落过程中可能面临的冰雹和地面砂石的撞击，以及在轨服役过程中可能遭遇的空间高速碎片及微流星体等等，都是飞行器安全服役所面临的巨大威胁。因而，现代飞行器的热防护系统不仅需要具备良好的防-隔热性能，同时也需要能够承受一定程度的基础变形和机械载荷的作用，以保证飞行器主体结构在服役过程中不被损坏。众所周知的哥伦比亚号航天飞机事件正是由于燃料箱脱落的泡沫碎块击伤飞机外部的隔热瓦所导致的严重事故，可见热防护结构的抗冲击性能与航天飞机的安全服役密切相关。要达到“防-隔热与结构一体化”的新型热防护结构的设计目标，需要对 TPS 基础材料进行实验和数值模拟

基本理论格方法利用有限数量的离散粒子描述整个物理模型的状态(如图 1-3有一系列场变量，如速度、密度、位置、能量等等。各个粒子之间性，只需在初始状态下在整个问题域中分布一定的粒子，而后质量恒定律便会控制整个物理模型的演变过程。


本文编号：3123276