本文關(guān)鍵詞：一體化熱防護(hù)系統(tǒng)梯度腹板的設(shè)計(jì)與材料制備

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【摘要】：熱防護(hù)系統(tǒng)作為高超聲速飛行器的關(guān)鍵子系統(tǒng),正向力熱結(jié)構(gòu)耦合一體化方向發(fā)展。作為典型的一體化熱防護(hù)系統(tǒng),波紋夾芯結(jié)構(gòu)中腹板面臨明顯的熱短路和熱失配效應(yīng),如何解決這一問題成為一體化熱防護(hù)研究的關(guān)鍵和熱點(diǎn)之一。該問題形成的原因是連接結(jié)構(gòu)承力與隔熱功能的矛盾,本文圍繞這一矛盾,提出了采用梯度過渡材料作為連接結(jié)構(gòu)材料以解決上述問題的方法。論文主要對(duì)梯度腹板進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì),并對(duì)腹板梯度材料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)制備及性能分析。為驗(yàn)證梯度過渡連接結(jié)構(gòu)解決熱短路及熱失配問題的可行性,首先建立了波紋夾芯一體化熱防護(hù)熱/力響應(yīng)分析模型,對(duì)比分析了雜化酚醛樹脂/陶瓷、雜化聚酰亞胺樹脂/陶瓷兩類線性梯度腹板與單一陶瓷腹板在典型熱力載荷下的溫度、應(yīng)力響應(yīng)特性,結(jié)果表明采用梯度材料作為腹板,可有效降低熱防護(hù)背面溫度、減小熱應(yīng)力。其次,為確定最佳的梯度過渡形式以指導(dǎo)材料制備,分析了不同梯度過渡形式下熱防護(hù)背面溫度、結(jié)構(gòu)應(yīng)力大小及分布,結(jié)果表明梯度過渡形式對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)有較為明顯的影響。以結(jié)構(gòu)應(yīng)力最小化為目標(biāo),以厚度方向不同位置的材料性能為設(shè)計(jì)變量,建立了梯度過渡形式的優(yōu)化方法,并針對(duì)本文所研究的材料組分獲得了最優(yōu)梯度過渡設(shè)計(jì)結(jié)果。最后,根據(jù)有限元模型分析結(jié)果,開展了材料制備與性能研究。首先分別制備了雜化酚醛樹脂材料和雜化聚酰亞胺樹脂材料,以此兩種雜化材料作為先驅(qū)體,利用梯度溫度下的熱解技術(shù)分別熱解得到了酚醛樹脂梯度材料和聚酰亞胺樹脂梯度材料,并分別對(duì)雜化材料及梯度材料進(jìn)行了性能測試研究。結(jié)果表明雜化酚醛樹脂材料、雜化聚酰亞胺樹脂材料均具有良好的力學(xué)性能及熱穩(wěn)定性,酚醛樹脂梯度材料熱穩(wěn)定性能好于聚酰亞胺梯度材料,梯度材料力學(xué)性能相對(duì)較差,有待于進(jìn)一步研究。
【關(guān)鍵詞】：熱防護(hù)系統(tǒng) 防熱/承力一體化 熱/力響應(yīng)分析 梯度材料 有機(jī)無機(jī)雜化
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V244.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 課題研究的背景、目的及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析11-16
• 1.2.1 一體化熱防護(hù)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 有機(jī)無機(jī)雜化材料研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.3 梯度材料研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀簡析16
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容16-18
• 第二章 梯度腹板ITPS熱/力響應(yīng)分析18-33
• 2.1 引言18
• 2.2 ITPS熱/力分析模型18-22
• 2.3 熱短路效應(yīng)分析22-28
• 2.3.1 陶瓷-FGM-酚醛樹脂材料方案22-25
• 2.3.2 陶瓷-FGM-聚酰亞胺樹脂材料方案25-28
• 2.4 熱失配效應(yīng)分析28-31
• 2.4.1 陶瓷-FGM-酚醛樹脂材料方案29-30
• 2.4.2 陶瓷-FGM-聚酰亞胺樹脂材料方案30-31
• 2.5 本章小結(jié)31-33
• 第三章 梯度腹板梯度過渡形式的優(yōu)化設(shè)計(jì)33-50
• 3.1 引言33
• 3.2 不同梯度過渡形式分析方法33-34
• 3.3 梯度過渡形式對(duì)熱短路效應(yīng)的影響34-38
• 3.3.1 陶瓷-FGM-酚醛樹脂材料方案34-36
• 3.3.2 陶瓷-FGM-聚酰亞胺樹脂材料方案36-38
• 3.4 梯度過渡形式對(duì)熱失配效應(yīng)的影響38-47
• 3.4.1 陶瓷-FGM-酚醛樹脂材料方案38-42
• 3.4.2 陶瓷-FGM-聚酰亞胺樹脂材料方案42-47
• 3.5 梯度過渡形式優(yōu)化設(shè)計(jì)47-49
• 3.5.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)模型47
• 3.5.2 優(yōu)化結(jié)果分析47-49
• 3.6 本章小結(jié)49-50
• 第四章 有機(jī)無機(jī)雜化材料制備及性能分析50-64
• 4.1 引言50
• 4.2 實(shí)驗(yàn)藥品和儀器50-51
• 4.3 雜化材料制備方法51-54
• 4.3.1 空心玻璃微球/SiAlCN/酚醛樹脂雜化材料制備方法51-53
• 4.3.2 聚氮硅烷/聚酰亞胺雜化材料制備方法53-54
• 4.4 分析測試方法54-56
• 4.4.1 密度測試54-55
• 4.4.2 掃描電鏡測試55
• 4.4.3 導(dǎo)熱系數(shù)測試55-56
• 4.4.4 壓縮性能測試56
• 4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論56-62
• 4.5.1 密度分析57-58
• 4.5.2 微觀組織形貌分析58-59
• 4.5.3 導(dǎo)熱系數(shù)分析59-60
• 4.5.4 壓縮模量與強(qiáng)度分析60-62
• 4.6 本章小結(jié)62-64
• 第五章 梯度腹板原理樣件的制備及性能分析64-73
• 5.1 引言64
• 5.2 雜化材料熱解特性分析64-65
• 5.2.1 雜化酚醛樹脂材料熱解特性分析64-65
• 5.2.2 雜化聚酰亞胺樹脂材料熱解特性分析65
• 5.3 梯度材料制備方法65-68
• 5.3.1 酚醛樹脂梯度材料制備方法66-67
• 5.3.2 聚酰亞胺梯度材料制備方法67-68
• 5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論68-72
• 5.4.1 密度分析68
• 5.4.2 微觀組織結(jié)構(gòu)分析68-70
• 5.4.3 導(dǎo)熱系數(shù)分析70-71
• 5.4.4 壓縮強(qiáng)度分析71-72
• 5.5 本章小結(jié)72-73
• 結(jié)論73-75
• 參考文獻(xiàn)75-81
• 致謝81

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