金属热防护结构蜂窝板力学性能研究

发布时间：2017-10-25 17:38

  本文关键词：金属热防护结构蜂窝板力学性能研究

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【摘要】：金属热防护系统(MTPS)是保护高速飞行器免遭过热的结构,主要由金属蜂窝板、隔热材料和高温支架组成。金属蜂窝板是由上下两层较薄的高强度面板和中间一层厚而质轻的蜂窝芯经过胶接或焊接而成,具有隔热性能良好、质轻、比强度高、比刚度大等特点。作为MTPS的主要承力结构,金属蜂窝板在使用过程中会受到各种载荷的作用,并且蜂窝板在制备和使用过程中产生的面芯脱焊缺陷对蜂窝板性能有较为严重的影响。因此,对完整以及含有典型缺陷的金属蜂窝板力学性能进行研究具有重要意义。本文以钎焊金属蜂窝板为试验件,对蜂窝板的平压和三点弯曲力学性能进行了研究。首先,通过辊压、校形、点焊、平磨和真空钎焊等工艺制备出满足试验要求的钛合金蜂窝板和含缺陷高温合金蜂窝板试件。然后,根据其工作受力条件的不同,分别进行了钛合金蜂窝板的平压力学性能试验和高温合金蜂窝板的三点弯曲力学性能试验,研究了高温和缺陷条件对蜂窝板力学性能的影响。最后,利用ANSYS/LS-DYNA对蜂窝板的力学性能试验进行了有限元模拟,提出了点焊连接蜂窝芯有限元建模的新方法,得到蜂窝板在试验过程中的应力分布情况,研究了结构和工艺参数对蜂窝板力学性能的影响。研究表明:高温条件对蜂窝板的平压承载能力影响较大,当温度为200℃和400℃时,蜂窝板的平压极限载荷与室温相比分别降低了17.5%和35.4%;蜂窝芯平压极限载荷随焊点正拉和剪切失效力的增大有总体上升的趋势,且平压极限载荷受焊点正拉失效力的影响较为明显;在三点弯曲过程中,纵向蜂窝板的弯曲承载能力略高于横向蜂窝板;含面芯脱焊缺陷的蜂窝板在缺陷受压部位产生反向鼓包,且鼓包沿着宽度方向不断扩展,并伴随着脱焊面积的扩大;含矩形缺陷试样的弯曲极限载荷要高于相同缺陷面积的圆形缺陷试样,且当缺陷位于弯曲受拉面时,试件具有较高的弯曲承载能力。
【关键词】：金属热防护系统 蜂窝板 缺陷 平面压缩 三点弯曲 有限元仿真
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V214
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注释表12-13
• 缩略词13-14
• 第一章 绪论14-21
• 1.1 课题背景及研究意义14-15
• 1.2 蜂窝板的结构特点及其应用趋势15-17
• 1.2.1 蜂窝板的结构特点15-16
• 1.2.2 蜂窝板发展应用趋势简介16-17
• 1.3 蜂窝板力学性能研究现状17-20
• 1.3.1 蜂窝板平压力学性能研究现状17-18
• 1.3.2 含缺陷蜂窝板力学性能研究现状18-19
• 1.3.3 蜂窝板其他力学性能研究现状19-20
• 1.4 本文主要研究内容20-21
• 第二章 钎焊钛合金及高温合金蜂窝板制备21-32
• 2.1 引言21
• 2.2 蜂窝芯体制备21-27
• 2.2.1 瓦楞板成形22-25
• 2.2.2 蜂窝芯体成形25-26
• 2.2.3 蜂窝芯的平面加工26-27
• 2.3 蜂窝板真空钎焊工艺27-29
• 2.3.1 面板和钎料的选取28
• 2.3.2 钎焊前处理28-29
• 2.3.3 装配和钎焊29
• 2.4 含缺陷高温合金蜂窝板制备工艺29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 钛合金蜂窝板平压力学性能研究32-41
• 3.1 引言32
• 3.2 钛合金蜂窝板平压力学性能理论研究32-34
• 3.2.1 蜂窝板面外等效弹性模量32-33
• 3.2.2 蜂窝板平压临界屈曲载荷33-34
• 3.3 钛合金蜂窝板平压力学性能试验34-40
• 3.3.1 试验原理34-35
• 3.3.2 试样制备35-36
• 3.3.3 试验装置及试验方法36
• 3.3.4 温度对蜂窝板平压性能的影响36-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 缺陷对高温合金蜂窝板弯曲力学性能的影响41-52
• 4.1 引言41
• 4.2 蜂窝板面芯脱焊分层破坏研究41-43
• 4.3 正方形及圆形薄板的稳定性分析43-45
• 4.4 含缺陷蜂窝板三点弯曲试验45-51
• 4.4.1 试样制备45-46
• 4.4.2 试样设备及试验步骤46-47
• 4.4.3 缺陷形状和大小对蜂窝板弯曲力学性能的影响47-48
• 4.4.4 蜂窝芯取向对蜂窝板弯曲力学性能的影响48-50
• 4.4.5 缺陷位置对蜂窝板弯曲力学性能的影响50-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第五章 金属蜂窝板力学性能有限元模拟研究52-69
• 5.1 引言52
• 5.2 Ansys Ls-dyna52-53
• 5.2.1 Ls-dyna及其发展历程52
• 5.2.2 APDL程序52-53
• 5.3 钎焊钛合金蜂窝板平压性能有限元模拟53-63
• 5.3.1 前处理53
• 5.3.2 单元网格划分53-55
• 5.3.3 加载及求解设置55-56
• 5.3.4 求解结果分析56-58
• 5.3.5 结构参数对蜂窝板平压破坏载荷的影响分析58-60
• 5.3.6 焊点剪切和正拉失效强度对蜂窝芯平压力学性能的影响60-63
• 5.4 高温合金蜂窝板三点弯曲性能有限元模拟63-67
• 5.4.1 前处理63
• 5.4.2 单元网格划分63-64
• 5.4.3 加载与求解结果分析64-67
• 5.5 本章小结67-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 6.1 总结69-70
• 6.2 展望70-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-76
• 研究生期间发表的论文76-77
• 附录77-83

【参考文献】

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本文编号：1094816