帶有典型缺陷的金屬蜂窩夾層結構的剩余強度研究①

楊 凱，劉立武，于開平，孔祥皓

(1.哈爾濱工業大學航天科學與力學系，哈爾濱 150001;2.哈爾濱工業大學復合材料研究所，哈爾濱 150001)

0 引言

隨著空間技術的深入研究，金屬熱防護系統以其卓越的綜合性能逐漸成為當前的研究熱點之一，并已設計制造出多種可重復使用的金屬熱防護系統［1－2］。薄壁高溫合金蜂窩夾層結構因其既能滿足高超聲速飛行器對熱防護系統質量與體積的要求，又能解決防熱、隔熱、承載一體化設計難題而被越來越廣泛地用于航空航天領域［1，3－6］。該結構屬于格柵夾層結構中的一類，中間層則為輕質多孔材料中的蜂窩材料。Gibson和Ashby全面地總結了蜂窩材料的力學性能［6］，范華林等對炭纖維點陣復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計［9］。該結構在制備、裝配或服役過程中可能產生缺陷，其力學性能受到缺陷類型、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構的變形和破壞規律。

結構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構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致災難性破壞之前能夠被發現并補救。具備剩余強度的結構體現了現代飛行器結構對可靠性、安全性和經濟性的綜合要求。本文對帶有3種典型缺陷的薄壁高溫合金蜂窩夾層結構進行側拉伸與側壓縮、平壓縮和三點彎曲等宏觀力學性能實驗，分析結構剩余強度隨著缺陷尺寸的變化規律。……