帶有典型缺陷的金屬蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的剩余強度研究①

楊 凱，劉立武，于開平，孔祥皓

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天科學(xué)與力學(xué)系，哈爾濱 150001;2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)復(fù)合材料研究所，哈爾濱 150001)

0 引言

隨著空間技術(shù)的深入研究，金屬熱防護系統(tǒng)以其卓越的綜合性能逐漸成為當(dāng)前的研究熱點之一，并已設(shè)計制造出多種可重復(fù)使用的金屬熱防護系統(tǒng)［1－2］。薄壁高溫合金蜂窩夾層結(jié)構(gòu)因其既能滿足高超聲速飛行器對熱防護系統(tǒng)質(zhì)量與體積的要求，又能解決防熱、隔熱、承載一體化設(shè)計難題而被越來越廣泛地用于航空航天領(lǐng)域［1，3－6］。該結(jié)構(gòu)屬于格柵夾層結(jié)構(gòu)中的一類，中間層則為輕質(zhì)多孔材料中的蜂窩材料。Gibson和Ashby全面地總結(jié)了蜂窩材料的力學(xué)性能［6］，范華林等對炭纖維點陣復(fù)合材料的制備及其性能做了較為深入的研究［7－8］，盧天健等探討了多孔金屬材料的多功能化設(shè)計［9］。該結(jié)構(gòu)在制備、裝配或服役過程中可能產(chǎn)生缺陷，其力學(xué)性能受到缺陷類型、尺寸和位置等諸多因素的影響，因此仍需進行大量的實驗來研究結(jié)構(gòu)的變形和破壞規(guī)律。

結(jié)構(gòu)剩余強度的測定是為了能夠判斷存在制備、裝配或服役缺陷的結(jié)構(gòu)在被檢測出來并進行維修之前，是否具有足夠的服役能力，即為了疲勞、腐蝕或意外撞擊等形成的缺陷在導(dǎo)致災(zāi)難性破壞之前能夠被發(fā)現(xiàn)并補救。具備剩余強度的結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了現(xiàn)代飛行器結(jié)構(gòu)對可靠性、安全性和經(jīng)濟性的綜合要求。本文對帶有3種典型缺陷的薄壁高溫合金蜂窩夾層結(jié)構(gòu)進行側(cè)拉伸與側(cè)壓縮、平壓縮和三點彎曲等宏觀力學(xué)性能實驗，分析結(jié)構(gòu)剩余強度隨著缺陷尺寸的變化規(guī)律。……