混杂纤维体系刚性陶瓷隔热瓦剪切性能的实验与模拟研究

发布时间：2023-05-28 13:41

　　航天器再入大气过程中会产生剧烈的气动加热,为了保护航天器内部设备的安全,必须在其表面铺设防隔热材料以阻滞热量向内部传递。刚性陶瓷纤维隔热瓦是一种常见的隔热材料,通常除头锥与翼缘等特殊位置,高超声速航天器迎风面的次高温区常采用刚性陶瓷瓦进行隔热,其特殊的铺设位置导致刚性隔热瓦在再入服役过程中要受到强烈的剪切作用,而这对于本征脆性的刚性隔热瓦是非常致命的。为此,本文采用实验研究及数值模拟相结合的方法,对陶瓷纤维隔热瓦的剪切力学性能展开研究,并分析其可能的影响因素。首先,研究刚性陶瓷瓦剪切试验的样品尺寸与剪切性能的内在关联性。测试了不同特征尺寸陶瓷瓦材料的剪切力学性能,确定其剪切试验所需最佳尺寸。结果表明,尺寸为65?40?10mm时所测得的剪切结果大于实际值;尺寸为80?40?10mm时能较为准确的测量出剪切强度与模量。其次,研究刚性陶瓷瓦在不同湿气环境下剪切性能的衰退规律。结果表明,刚性陶瓷瓦材料剪切强度对湿气环境不敏感;而其剪切模量则随相对湿度的增加而降低,当相对湿度为60%与90%时,材料剪切模量下降幅度达27%与39%。然后,利用MATLAB建立了Al₂O

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 热防护系统
    1.3 陶瓷纤维隔热瓦
    1.4 国内外研究现状
        1.4.1 陶瓷纤维隔热瓦的发展
        1.4.2 陶瓷纤维隔热瓦力学性能
    1.5 主要研究内容
第2章 刚性陶瓷瓦的剪切实验与湿气环境构建方法
    2.1 引言
    2.2 尺寸标准确定
        2.2.1 实验材料
        2.2.2 实验装置
        2.2.3 实验流程
        2.2.4 实验结果及分析
    2.3 湿气对陶瓷纤维隔热瓦剪切力学性能影响
        2.3.1 湿度的定义及其表示方法
        2.3.2 湿气环境构建
        2.3.3 实验结果及分析
        2.3.4 断口形貌
    2.4 本章小结
第3章 基于等效刚度法的双纤维有限元模型的建立
    3.1 引言
    3.2 几何模型的建立
    3.3 基于等效刚度法的物理模型的建立
        3.3.1 单元刚度矩阵
        3.3.2 单元接触处理
        3.3.3 等效刚度
    3.4 加载控制及应力计算
        3.4.1 加载控制
        3.4.2 单元应力计算
    3.5 纤维的温度效应
    3.6 本章小结
第4章 二元体系有限元模拟及影响因素分析
    4.1 引言
    4.2 有限元模拟结果
    4.3 影响因素分析
        4.3.1 宏观因素
        4.3.2 细观因素
    4.4 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3824696