中圖網小程序
一鍵登錄
更方便
本類五星書更多>
-
>
公路車寶典(ZINN的公路車維修與保養秘籍)
-
>
晶體管電路設計(下)
-
>
基于個性化設計策略的智能交通系統關鍵技術
-
>
花樣百出:貴州少數民族圖案填色
-
>
山東教育出版社有限公司技術轉移與技術創新歷史叢書中國高等技術教育的蘇化(1949—1961)以北京地區為中心
-
>
鐵路機車概要.交流傳動內燃.電力機車
-
>
利維坦的道德困境:早期現代政治哲學的問題與脈絡
高溫固體力學 版權信息
- ISBN：9787030707154
- 條形碼：9787030707154 ; 978-7-03-070715-4
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
高溫固體力學 內容簡介
本書依據作者團隊在空天飛行器熱防護材料與結構的研發、評價與應用領域的研究成果，詳細論述了高溫結構復合材料體系與應用、力學性能試驗技術、宏觀本構理論與模型、強度理論、隨機微結構統計描述與虛擬試驗、高溫結構復合材料損傷及失效機理、高溫拉伸損傷及失效過程數值模擬方法以及高溫結構復合材料的許用值與設計值等方面內容。
高溫固體力學 目錄
目錄
叢書序
前言
第1章緒論1
1.1高溫固體力學概述1
1.2航空航天領域的極端高溫服役環境2
1.3航空航天技術的發展需求4
1.4高溫固體力學發展面臨的挑戰5
1.4.1材料高溫性能測試與表征技術的局限性5
1.4.2高溫材料體系的復雜性5
1.4.3高溫本構關系與強度理論的挑戰性6
1.4.4材料高溫力學行為研究的多學科性6
1.5本章小結7
參考文獻8
第2章高溫結構復合材料體系與應用9
2.1難熔金屬及其合金9
2.2石墨材料10
2.3超高溫陶瓷及其復合材料11
2.3.1UHTCs材料體系的設計12
2.3.2UHTCs的制備13
2.3.3UHTCs的應用16
2.4CC復合材料19
2.4.1CC復合材料制造過程與結構設計19
2.4.2CC復合材料預制體結構設計20
2.4.3CC復合材料致密化工藝24
2.4.4CC復合材料的應用26
2.5纖維增強陶瓷基復合材料31
2.5.1纖維增強陶瓷基復合材料的纖維預制體32
2.5.2纖維增強陶瓷基復合材料的制備工藝32
2.5.3纖維增強陶瓷基復合材料的應用36
2.6本章小結39
參考文獻39
第3章高溫結構復合材料力學性能試驗技術43
3.1材料復雜應力狀態力學性能試驗技術43
3.1.1復雜應力狀態材料力學性能試驗系統與方法的發展43
3.1.2正應力空間（σ1－σ2）雙軸平面應力狀態力學性能試驗技術46
3.1.3正應力剪應力空間（σ－τ）雙軸平面應力狀態力學性能測試方法52
3.2材料高溫／超高溫力學性能試驗技術56
3.2.1材料高溫／超高溫力學性能試驗加熱技術56
3.2.2材料高溫／超高溫力學性能測試的試樣夾持技術63
3.2.33D C／C復合材料超高溫力學性能試驗測試與失效66
3.3多場耦合環境材料力學性能試驗技術73
3.3.1多場耦合環境材料力學性能試驗系統73
3.3.2多場耦合環境材料力學性能試驗策略76
3.3.3熱／力／氧耦合環境C／C復合材料力學性能試驗與失效77
3.4基于數字圖像相關方法的高溫應變測試技術82
3.4.1數字圖像相關方法概述82
3.4.2數字圖像相關方法基本原理83
3.4.3數字圖像相關方法的關鍵問題85
3.4.4數字圖像相關方法在高溫應變測試的拓展86
3.4.5高溫環境下典型材料變形測試試驗研究86
3.5本章小結89
參考文獻90
第4章高溫結構復合材料宏觀本構理論與模型94
4.1熱結構復合材料力學行為特性概述94
4.1.1C／C復合材料的力學行為特征94
4.1.2C／SiC復合材料的力學行為特性96
4.1.3超高溫陶瓷材料力學行為特性98
4.2彈性本構模型99
4.2.1各向異性材料應力應變關系的一般表達99
4.2.2正交各向異性材料的工程常數104
4.2.3材料彈性常數的限制106
4.2.4超高溫陶瓷復合材料彈性本構模型108
4.3基于能量法的JNM宏觀非線性本構模型110
4.3.1JNM非線性本構模型110
4.3.2JNM模型參數的確定方法110
4.3.3JNM模型的擴充理論111
4.3.4JNM模型的加權修正112
4.3.5JNM模型的高溫擴充理論114
4.3.63D C／C復合材料的JNM模型建模114
4.4基于連續介質損傷理論的宏觀非線性本構模型116
4.4.1損傷與殘余應變演化建模116
4.4.2本構模型的參數辨識120
4.4.32D C／SiC復合材料非線性損傷模型建模121
4.4.42D C／SiC復合材料非線性損傷模型的試驗驗證128
4.5本章小結130
參考文獻131
第5章高溫結構復合材料強度理論133
5.1概述133
5.2復合材料的強度概念134
5.3復合材料宏觀唯象強度理論136
5.3.1極限類型強度理論136
5.3.2多項式類型強度理論137
5.3.3基于失效模式類型的強度理論141
5.3.4強度理論參數確定方法147
5.4復合材料細觀力學強度理論151
5.4.1纖維和基體的應力計算151
5.4.2纖維和基體的破壞判據152
5.4.3纖維和基體的現場性能153
5.5熱結構復合材料的宏觀唯象強度理論155
5.5.13D C／C復合材料宏觀多項式強度理論155
5.5.23D C／C復合材料基于失效模式的壓縮雙剪強度理論158
5.5.32D C／SiC復合材料宏觀多項式強度理論162
5.6本章小結164
參考文獻164
第6章高溫結構復合材料隨機微結構統計描述與虛擬試驗167
6.1概述167
6.2復合材料的微結構低損傷制樣與觀測技術169
6.2.1復合材料的微結構低損傷制樣技術169
6.2.2復合材料的微結構觀測技術172
6.2.3復合材料微結構的顯微圖像重構174
6.3復合材料多尺度結構特征分析與統計描述180
6.3.1復合材料的微觀結構的非均勻隨機特性與統計描述180
6.3.2復合材料細觀結構的非均勻隨機特性分析與統計描述185
6.3.3復合材料長程有序周期結構特征與統計描述188
6.4復合材料微細觀結構重構與建模194
6.4.1周期分布重構方法194
6.4.2隨機分布重構方法194
6.4.3基于圖像的重構方法195
6.4.4三種重構方法的應用范圍的比較195
6.5漸進損傷計算方法197
6.6本章小結198
參考文獻198
第7章高溫結構復合材料損傷及失效機理202
7.1針刺C／CSiC復合材料高溫拉伸實驗及破壞形貌分析203
7.2針刺C／CSiC復合材料高溫拉伸損傷及失效的微觀機制209
7.3超高溫陶瓷復合材料高溫拉伸力學行為及失效機制212
7.4超高溫陶瓷復合材料高溫壓縮力學行為及失效機制220
7.4.1超高溫陶瓷材料單軸靜態壓縮力學行為220
7.4.2超高溫陶瓷動態壓縮力學行為及失效機理223
7.5本章小結233
參考文獻234
第8章復合材料高溫拉伸損傷及失效過程數值模擬方法236
8.1基于針刺預制體工藝的有限元建模238
8.2針刺C／CSiC復合材料高溫拉伸損傷失效模擬分析244
8.2.1組分材料高溫拉伸強度模型244
8.2.2材料高溫單軸拉伸損傷失效分析248
8.3超高溫陶瓷復合材料高溫拉伸損傷本構模型249
8.3.1機械損傷演化方程250
8.3.2熱損傷演化方程251
8.3.3高溫損傷本構模型251
8.4超高溫陶瓷復合材料高溫拉伸損傷數值模擬257
8.5本章小結264
參考文獻264
第9章高溫結構復合材料的許用值與設計值267
9.1概述267
9.2復合材料許用值與設計值267
9.2.1許用值268
9.2.2設計值268
9.2.3許用值與設計值的關系269
9.3試驗數據的統計分析方法269
9.3.1試驗數據的歸一化270
9.3.2異常數據篩選270
9.3.3子體相容性檢驗272
9.3.4參數估計273
9.3.5連續分布擬合優度檢驗276
9.4復合材料許用值的確定278
9.4.1基準值的樣本容量278
9.4.2試驗矩陣設計280
9.4.3基準值計算方法283
9.5針刺C／C復合材料層間剪切性能許用值288
9.5.1試驗矩陣設計288
9.5.2試驗數據統計分析291
9.5.3材料剪切強度許用值確定297
9.6本章小結300
參考文獻301
叢書序
前言
第1章緒論1
1.1高溫固體力學概述1
1.2航空航天領域的極端高溫服役環境2
1.3航空航天技術的發展需求4
1.4高溫固體力學發展面臨的挑戰5
1.4.1材料高溫性能測試與表征技術的局限性5
1.4.2高溫材料體系的復雜性5
1.4.3高溫本構關系與強度理論的挑戰性6
1.4.4材料高溫力學行為研究的多學科性6
1.5本章小結7
參考文獻8
第2章高溫結構復合材料體系與應用9
2.1難熔金屬及其合金9
2.2石墨材料10
2.3超高溫陶瓷及其復合材料11
2.3.1UHTCs材料體系的設計12
2.3.2UHTCs的制備13
2.3.3UHTCs的應用16
2.4CC復合材料19
2.4.1CC復合材料制造過程與結構設計19
2.4.2CC復合材料預制體結構設計20
2.4.3CC復合材料致密化工藝24
2.4.4CC復合材料的應用26
2.5纖維增強陶瓷基復合材料31
2.5.1纖維增強陶瓷基復合材料的纖維預制體32
2.5.2纖維增強陶瓷基復合材料的制備工藝32
2.5.3纖維增強陶瓷基復合材料的應用36
2.6本章小結39
參考文獻39
第3章高溫結構復合材料力學性能試驗技術43
3.1材料復雜應力狀態力學性能試驗技術43
3.1.1復雜應力狀態材料力學性能試驗系統與方法的發展43
3.1.2正應力空間（σ1－σ2）雙軸平面應力狀態力學性能試驗技術46
3.1.3正應力剪應力空間（σ－τ）雙軸平面應力狀態力學性能測試方法52
3.2材料高溫／超高溫力學性能試驗技術56
3.2.1材料高溫／超高溫力學性能試驗加熱技術56
3.2.2材料高溫／超高溫力學性能測試的試樣夾持技術63
3.2.33D C／C復合材料超高溫力學性能試驗測試與失效66
3.3多場耦合環境材料力學性能試驗技術73
3.3.1多場耦合環境材料力學性能試驗系統73
3.3.2多場耦合環境材料力學性能試驗策略76
3.3.3熱／力／氧耦合環境C／C復合材料力學性能試驗與失效77
3.4基于數字圖像相關方法的高溫應變測試技術82
3.4.1數字圖像相關方法概述82
3.4.2數字圖像相關方法基本原理83
3.4.3數字圖像相關方法的關鍵問題85
3.4.4數字圖像相關方法在高溫應變測試的拓展86
3.4.5高溫環境下典型材料變形測試試驗研究86
3.5本章小結89
參考文獻90
第4章高溫結構復合材料宏觀本構理論與模型94
4.1熱結構復合材料力學行為特性概述94
4.1.1C／C復合材料的力學行為特征94
4.1.2C／SiC復合材料的力學行為特性96
4.1.3超高溫陶瓷材料力學行為特性98
4.2彈性本構模型99
4.2.1各向異性材料應力應變關系的一般表達99
4.2.2正交各向異性材料的工程常數104
4.2.3材料彈性常數的限制106
4.2.4超高溫陶瓷復合材料彈性本構模型108
4.3基于能量法的JNM宏觀非線性本構模型110
4.3.1JNM非線性本構模型110
4.3.2JNM模型參數的確定方法110
4.3.3JNM模型的擴充理論111
4.3.4JNM模型的加權修正112
4.3.5JNM模型的高溫擴充理論114
4.3.63D C／C復合材料的JNM模型建模114
4.4基于連續介質損傷理論的宏觀非線性本構模型116
4.4.1損傷與殘余應變演化建模116
4.4.2本構模型的參數辨識120
4.4.32D C／SiC復合材料非線性損傷模型建模121
4.4.42D C／SiC復合材料非線性損傷模型的試驗驗證128
4.5本章小結130
參考文獻131
第5章高溫結構復合材料強度理論133
5.1概述133
5.2復合材料的強度概念134
5.3復合材料宏觀唯象強度理論136
5.3.1極限類型強度理論136
5.3.2多項式類型強度理論137
5.3.3基于失效模式類型的強度理論141
5.3.4強度理論參數確定方法147
5.4復合材料細觀力學強度理論151
5.4.1纖維和基體的應力計算151
5.4.2纖維和基體的破壞判據152
5.4.3纖維和基體的現場性能153
5.5熱結構復合材料的宏觀唯象強度理論155
5.5.13D C／C復合材料宏觀多項式強度理論155
5.5.23D C／C復合材料基于失效模式的壓縮雙剪強度理論158
5.5.32D C／SiC復合材料宏觀多項式強度理論162
5.6本章小結164
參考文獻164
第6章高溫結構復合材料隨機微結構統計描述與虛擬試驗167
6.1概述167
6.2復合材料的微結構低損傷制樣與觀測技術169
6.2.1復合材料的微結構低損傷制樣技術169
6.2.2復合材料的微結構觀測技術172
6.2.3復合材料微結構的顯微圖像重構174
6.3復合材料多尺度結構特征分析與統計描述180
6.3.1復合材料的微觀結構的非均勻隨機特性與統計描述180
6.3.2復合材料細觀結構的非均勻隨機特性分析與統計描述185
6.3.3復合材料長程有序周期結構特征與統計描述188
6.4復合材料微細觀結構重構與建模194
6.4.1周期分布重構方法194
6.4.2隨機分布重構方法194
6.4.3基于圖像的重構方法195
6.4.4三種重構方法的應用范圍的比較195
6.5漸進損傷計算方法197
6.6本章小結198
參考文獻198
第7章高溫結構復合材料損傷及失效機理202
7.1針刺C／CSiC復合材料高溫拉伸實驗及破壞形貌分析203
7.2針刺C／CSiC復合材料高溫拉伸損傷及失效的微觀機制209
7.3超高溫陶瓷復合材料高溫拉伸力學行為及失效機制212
7.4超高溫陶瓷復合材料高溫壓縮力學行為及失效機制220
7.4.1超高溫陶瓷材料單軸靜態壓縮力學行為220
7.4.2超高溫陶瓷動態壓縮力學行為及失效機理223
7.5本章小結233
參考文獻234
第8章復合材料高溫拉伸損傷及失效過程數值模擬方法236
8.1基于針刺預制體工藝的有限元建模238
8.2針刺C／CSiC復合材料高溫拉伸損傷失效模擬分析244
8.2.1組分材料高溫拉伸強度模型244
8.2.2材料高溫單軸拉伸損傷失效分析248
8.3超高溫陶瓷復合材料高溫拉伸損傷本構模型249
8.3.1機械損傷演化方程250
8.3.2熱損傷演化方程251
8.3.3高溫損傷本構模型251
8.4超高溫陶瓷復合材料高溫拉伸損傷數值模擬257
8.5本章小結264
參考文獻264
第9章高溫結構復合材料的許用值與設計值267
9.1概述267
9.2復合材料許用值與設計值267
9.2.1許用值268
9.2.2設計值268
9.2.3許用值與設計值的關系269
9.3試驗數據的統計分析方法269
9.3.1試驗數據的歸一化270
9.3.2異常數據篩選270
9.3.3子體相容性檢驗272
9.3.4參數估計273
9.3.5連續分布擬合優度檢驗276
9.4復合材料許用值的確定278
9.4.1基準值的樣本容量278
9.4.2試驗矩陣設計280
9.4.3基準值計算方法283
9.5針刺C／C復合材料層間剪切性能許用值288
9.5.1試驗矩陣設計288
9.5.2試驗數據統計分析291
9.5.3材料剪切強度許用值確定297
9.6本章小結300
參考文獻301
展開全部
高溫固體力學 節選
第1章緒論 1.1高溫固體力學概述 力學是關于力、運動及其關系的科學，研究介質運動、變形、流動的宏微觀行為，揭示力學過程及其與物理、化學、生物學等過程的相互作用規律。力學起源于對自然現象的觀察和生產勞動中的經驗，自阿基米德奠定了靜力學基礎以來，在一千多年的發展歷程中，形成了以“牛頓力學”“連續介質力學”為代表的嚴密、成熟的理論體系和“實驗觀測、力學建模、理論分析、數值計算”相結合的研究方法。在實驗和假設基礎之上，通過精妙的力學建模和推理過程建立理論，用嚴格而理性的數學思維描繪復雜物質世界的現象，進而深化對實際問題中基本規律的認識；應用理論和實驗相結合的方法，由表象到本質，由現象到機理，由定性到定量，解決自然科學和工程技術中的關鍵問題［1］。人類認知和改造自然離不開力學，人類的歷史有多久，力學的歷史就有多久。辦學永遠是既經典又有活力的年輕科學。 固體力學是力學學科中的一門極為重要、應用甚廣的基礎分支學科。固體力學是研究可變形固體在載荷、溫度、濕度等外界因素作用下，其內部質點的位移、運動、應力、應變和破壞等規律。固體力學中的固體一般指在一定的時間尺度內可有效承力的連續介質。固體力學旨在認識與固體受力、變形、流動、斷裂等有關的全部自然現象，并利用這些知識來改善人類的生存條件，實現人類發展的各種目標。也可以說，固體力學是研究可變形固體及結構在外界因素作用下，其內部質點所產生的位移、應力、應變及破壞等規律的一門學科。固體物質及其結構的多樣化，使其在不同外界因素作用下的響應豐富多彩，如彈性、塑性、蠕變、斷裂和疲勞等。而眾多自然現象和關鍵工程問題，則是固體力學研究對象的實例。固體力學兼具技術科學和基礎科學的雙重屬性。它既為工程設計和發展生產力服務，也為發展自然科學服務。 在20世紀，固體力學伴隨著航空航天技術的興起而飛速發展，在飛機、彈道導彈、運載火箭、衛星、飛船、空間站及相關地面設備的設計、生產、維護和運行中的一系列問題的解決過程中，逐步形成了彈性力學、板殼理論、塑性力學、斷裂力學、損傷力學、計算力學和高溫固體力學等一大批新型固體力學分支［2］。 “熱”是自然界*為普遍且到目前為止*難認知和把握的現象之一，也是人類征服自然、改造世界*為有利的工具之一。高溫會對材料力學行為產生嚴重影響，并可能與復雜的物理化學反應相互耦合。高溫固體力學主要研究在高溫和時間作用下可變形固體介質及結構的受力、變形、失效以及相關變化和效應。傳統意義的高溫一般指使用溫度與材料熔點之比超過0.4～0.5的情況，對金屬材料來說，高溫會導致黏塑性增加、強度下降、時間累積效應顯著。 20世紀50年代，針對航空航天、國防與武器裝備等領域對高溫結構材料的急迫需求，我國開始發展高溫蠕變力學，中國科學院力學研究所塑性力學研究組建立高溫蠕變實驗室，力求跨力學、材料學學科，通過宏觀和微觀、實驗和理論相結合進軍這一前沿熱點問題。1958年，錢學森先生［3］創建中國科技大學近代力學系，設立包括“高溫固體力學”在內的四個新型專業；同時在高速導彈、返回式航天器熱防護系統設計和研制過程中大大促進了相關力學理論與方法的發展。半個多世紀以來，高溫固體力學秉承“技術科學思想”，不但豐富了力學學科本身，而且為國家安全、國民經濟發展提供了重要的支撐作用。 進入21世紀，航空航天技術呈現出空前的輝煌，人類已經探索了火星表面，也飛過了太陽系的邊緣，發展了一系列有別于傳統的新型航天器，實現了地球各個角落的快捷、便利、可靠到達。新型航天器所面臨的服役環境更為苛刻，需要的結構效率和可靠性更高，抵抗極端空間環境的能力更強，型面控制精度更精確，且*大可能滿足可重復使用、長壽命和低成本要求。高溫固體力學作為航空航天科學技術*重要的基礎和支撐學科之一，在學科發展和工程應用的“雙力驅動”下快速發展，不斷提升模型的描述和預測能力，積極謀求與其他學科進行交叉創新，突破和解決這些問題，才能適應新時代航空航天技術的發展特點與趨勢。 1.2航空航天領域的極端高溫服役環境 航空航天領域中涉及極端高溫環境的裝備主要有返回再入大氣層航天器、高超聲速飛行器、航空發動機、沖壓發動機及火箭發動機等。 對于再入大氣層或在大氣層內飛行的高超聲速飛行器，飛行器與大氣層內的空氣相互作用，在頭部周圍形成一個強的弓形激波。由于黏性耗散效應和激波強烈壓縮，巨大的動能損失中的一部分轉變為激波層內氣體的內能，從而產生氣動熱。當飛行器以馬赫數大于5的高超聲速在大氣層內和臨近空間飛行時，鼻錐、翼前緣等部位的溫度達到上千度甚至更高，飛行器結構大面積的溫度也將在幾百度乃至上千度。例如，當飛行器在海拔27 km的高空以馬赫數8的速度飛行時，飛行器的機翼前緣、鼻錐、進氣道等位置的高溫熱負荷*高將近2300℃［4］。X37B作為可重復使用飛行器，由于翼面積小，加之再入大氣時速度高，氣動加熱比航天飛機更加嚴重，翼前緣溫度達1649℃以上［5］。另外，高超聲速飛行時防熱結構還要承受高噪聲、強振動和高速沖擊等嚴酷載荷，而大氣中的氧氣和高速氣流的沖刷，亦會造成防熱結構氧化進而加速其熱損傷甚至燒蝕。 航空發動機是一種高度復雜和精密的熱力機械，為飛機提供飛行所需的動力。航空發動機燃燒室、渦輪和尾噴管等構件內均屬熱端環境，其中的熱端構件承受的環境特點是高溫燃氣介質與各種應力的耦合。例如，對于軍用渦噴／渦扇發動機，當推重比達12～15時，發動機燃燒室冷卻后的壁面溫度超過1100℃，高壓渦輪進口溫度預計在1700℃以上；當推重比達15～20時，發動機燃燒室冷卻后的壁面溫度將超過1200℃，加力燃燒室中心溫度超過2000℃［6］。 沖壓發動機是一種無壓氣機和燃氣渦輪的航空發動機，主要由進氣道、燃燒室和尾噴管構成。進入燃燒室的空氣利用高速飛行時的沖壓作用增壓。超聲速或高超聲速氣流在進氣道擴壓到馬赫數4的較低超聲速，然后燃料從壁面和／或氣流中的突出物噴入，在超聲速燃燒室中與空氣混合并燃燒，燃燒后的氣體經噴管排出，產生推力。當飛行速度大于馬赫數6時，燃燒室內燃氣溫度可高達2727℃［6］。對于發動機流道，不僅要承受由于熱流分布不均而引起的熱應力，還要承受由于氣流速度快而產生的沖刷與噪聲以及發動機／機身一體化導致的氣動力載荷等。 火箭發動機作為航天飛行器的動力裝置之一，其基本原理是化學推進劑在燃燒室中燃燒，產生高溫高壓的燃氣，燃氣經噴管膨脹加速，熱能轉化為動能，產生推力。在這個動力實現過程中，噴管必須承受燃氣高溫、高壓、高速和化學氣氛等嚴酷而復雜的熱物理化學作用。例如，美國MinutemanⅢ陸基導彈、TridentⅡD5潛地導彈的固體火箭發動機采用高性能推進劑，燃氣溫度達3300～4800℃，燃燒時Ⅰ級工作壓強達9～12MPa。除了需要承受極高的溫度和高速燃氣流的沖刷與侵蝕，由于升溫速度極快，還會產生很大的溫度梯度和熱應力，熱端部件也會承受很大的熱沖擊。 1.3航空航天技術的發展需求 航空航天技術的需求是高溫固體力學發展的主要驅動力。進入21世紀，隨著人類征服和利用時空能力、武器裝備發展需求的提升，多種空天飛行器應運而生。空天飛行器，即“航空航天飛行器”的簡稱，從廣義上講是指能夠在大氣層飛行，也可穿過大氣層進入空間在軌運行和再入返回的飛行器。理想情況下，空天飛行器將像傳統的飛機，以單級水平起飛、進入軌道、返回和水平降落在跑道上，在大氣層和外層空間中靈活地飛翔，并能承受返回大氣層時的苛刻氣動熱／力載荷，兩次飛行之間只需加注燃料并進行簡單的維護。輕質結構和高效防熱材料是實現空天飛行器設計理念的基石。空天飛行器面臨的惡劣、復雜熱／力耦合環境又給“防熱”帶來新的挑戰，要求在熱防護、熱結構和熱管理上研究新的方法，尋求新的技術途徑。高溫固體力學是實現空天飛行器熱防護系統設計、優化、可靠應用的關鍵基礎科學問題。 輕質化是所有空天飛行器的永恒主題，滿足超常服役條件或特殊需求是飛行器材料與結構的主要特征，當前新型飛行器的發展需要更高性能、效率與可靠性的新材料和新結構，新材料的研發周期與急迫的需求矛盾突出，須重點關注材料設計、結構輕量化、多功能化、抗極端化、低成本化帶來的一系列問題和挑戰。 高溫結構材料強度直接影響飛行器的結構效率與可靠性，以安全系數和裕度形式覆蓋客觀存在的不確定性對減少結構冗余影響很大，現有測試、表征和評價手段不能準確反映材料與結構的有效性質和使用性能，特殊環境或特殊要求導致超出原有理論方法的適用條件，理論模型與實際物理模型相差較大，缺乏關鍵參數和驗證，預報精度難以滿足要求，亟須發展和完善設計、建模、分析、評價的理論、方法和手段。 在大幅度減少系統重量的同時，不斷增強性能和功能，也就是提高“比性能”，是新型飛行器發展的共性需求。復合材料作為材料大家族中的重要成員，由于其物理的科學復合性與可設計性，可以滿足飛行器結構輕量化和高溫、超高溫的需求。先進復合材料用量和水平已經成為飛行器先進性的重要標志，新一代復合材料具有多尺度和超混雜組元以及可剪裁性能和多功能屬性，有較大幅度提升的綜合性能。發展基于需求*優性能的自下而上納米尺度材料設計方法，研究大幅度縮短研發周期和降低成本的技術手段，可有效解決當前“綜合效費比不高”的關鍵問題。通過設計可以耦合更多結構和功能的材料實現系統減重，需要關注*小化外部介入可感知、診斷和響應功能的材料與系統，形狀、功能和力學性能按需改變功能的材料與系統，能量獲取、存儲、傳送與結構一體化功能的材料與系統。 空天飛行器在服役過程中會承受或產生許多種超常環境載荷，且相互耦合引起強烈的非線性效應，無論是其認知手段，還是理論方法上都存在很大的局限性，建立有效的等效模擬手段，揭示相互作用機制，表征控制要素，才能實現優化設計和科學評價，從關注極端環境下的力學行為，到強化認知環境及其與材料的耦合作用機制，實現從被動到主動的跨越。結構是主觀設計與客觀材料的結合，探索超混雜結構、折疊展開結構、主動變形結構、索系結構、多功能系統等創新概念，更好發揮先進材料技術紅利，產生新功效。 1.4高溫固體力學發展面臨的挑戰 1.4.1材料高溫性能測試與表征技術的局限性 雖然國內外已經具備可至3000℃以上的材料高溫力學性能測試技術，但無論是從測試方法和還是測試能力上，仍難以滿足未來新型空天飛行器，特別是高超聲速飛行器的發展需求。目前采用包括電阻輻射、紅外輻射、感應耦合、直接通電、激光等多種手段，與實際服役工況相比，在材料熱響應歷程、熱響應分布、響應機制上都存在很大的局限性，天地或空地一致性和有效性需要進一步研究與驗證；鑒于測試能力和成本限制，尺寸效應和失效機制的影響還難以把握；許多高溫材料的工藝特點決定其組分性能具有強烈的“就位性能”特征，難以用原材料進行測試和表征，組分材料的高溫性能測試技術亟待發展；如薄壁材料厚度性能、高脆性材料泊松比、低膨脹材料熱膨脹系數等常溫條件下難測的性能，如何獲取高溫性能更具挑戰；同時高溫動態特性、高溫復雜應力材料性能也亟須發展有效的方法；一些非傳統材料和結構概念，如高溫梯度材料、點陣結構等如何測試和表征其高溫行為尚無解決的方法。 1.4.2高溫材料體系的復雜性 與傳統高溫材料要求不同，新型空天飛行器要求服役于極端環境下的材料和結構兼具耐熱、防熱、隔熱、承載等多重功能屬性，復合化、陶瓷化成為發展趨勢。就目前研究熱點來看，超高溫陶瓷材料在耐高溫、抗氧化能力上雖有巨大潛力，但韌性較差的問題依然困擾著其進一步發展，通過復合化進一步提高其力學性能。以C／C、 C／SiC、 SiC／SiC以及超高溫陶瓷基復合材料為代表的熱結構復合材料其“陶瓷”屬性和工藝特性決定了內部含有大量的初始缺陷，材料性能表現出很大的分散性，且與工藝密切相關；為輕質化發展起來的新一代防隔熱一體化復合材料，多采用纖維增強多孔材料的途徑降低密度，采取涂層或組合形式提升綜合性能。這些
書友推薦
- >
我從未如此眷戀人間
- >
朝聞道
- >
中國歷史的瞬間
- >
莉莉和章魚
- >
中國人在烏蘇里邊疆區:歷史與人類學概述
- >
巴金－再思錄
- >
上帝之肋:男人的真實旅程
- >
苦雨齋序跋文-周作人自編集
本類暢銷
