金屬點(diǎn)陣夾層板抗強(qiáng)激光加固機(jī)理與實(shí)驗(yàn)研究

高能連續(xù)激光防護(hù)能力是提升我國(guó)高速飛行器未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)生存能力必須重視的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。本項(xiàng)目針對(duì)首次提出的激光防護(hù)-承載一體化復(fù)合填充金屬點(diǎn)陣夾層板抗激光加固結(jié)構(gòu)的抗激光加固機(jī)理與實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法開(kāi)展研究，建立了高能連續(xù)激光作用下復(fù)合填充點(diǎn)陣夾層結(jié)構(gòu)響應(yīng)測(cè)試方法；發(fā)展了高溫環(huán)境下結(jié)構(gòu)變形、應(yīng)變、溫度等多物理場(chǎng)測(cè)試技術(shù)；研究了不同功率連續(xù)激光輻照下點(diǎn)陣夾層板結(jié)構(gòu)的破壞模式與防護(hù)機(jī)理，得到結(jié)構(gòu)失效閾值。通過(guò)與相同面密度條件下結(jié)構(gòu)激光防護(hù)能力對(duì)比發(fā)現(xiàn)，本項(xiàng)目提出的復(fù)合填充點(diǎn)陣夾層結(jié)構(gòu)不僅可以顯著延緩激光破壞時(shí)間，同時(shí)有效降低了損傷程度。此外，研究了連續(xù)激光輻照引起的的局部損傷對(duì)金屬點(diǎn)陣夾層板剩余強(qiáng)度的影響規(guī)律。建立了激光與復(fù)合金屬點(diǎn)陣夾層板相互作用效應(yīng)的流固耦合數(shù)值分析模型，考慮激光引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的屈曲、熔融、氣化等破壞效應(yīng)，通過(guò)與實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)對(duì)比對(duì)數(shù)值模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得到了填充材料的激光防護(hù)機(jī)理。開(kāi)展了風(fēng)洞環(huán)境下激光輻照點(diǎn)陣夾層板實(shí)驗(yàn)，獲得了真實(shí)服役環(huán)境下填充點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的破壞模式與失效閾值。本項(xiàng)目獲得的復(fù)合填充點(diǎn)陣夾層結(jié)構(gòu)抗激光加固機(jī)理以及建立的實(shí)驗(yàn)方法與測(cè)試技術(shù)有望推動(dòng)復(fù)合填充點(diǎn)陣夾層結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中的應(yīng)用。 2100433B

金屬點(diǎn)陣夾層板結(jié)構(gòu)對(duì)強(qiáng)激光的防護(hù)還是一個(gè)新概念，其重要的工程價(jià)值還沒(méi)有被認(rèn)識(shí)到。本項(xiàng)目擬對(duì)點(diǎn)陣夾層板抗強(qiáng)激光加固機(jī)理開(kāi)展實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬研究，掌握激光輻照點(diǎn)陣夾層板破壞效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法與測(cè)量技術(shù)，發(fā)展氣動(dòng)環(huán)境下點(diǎn)陣夾層板的激光輻照破壞效應(yīng)流熱固耦合數(shù)值計(jì)算方法，揭示金屬點(diǎn)陣夾層板抗激光加固機(jī)理，獲取結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)、材料參數(shù)、激光參數(shù)與環(huán)境參數(shù)等四個(gè)方面對(duì)點(diǎn)陣夾層板抗激光加固性能的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲得激光輻照下點(diǎn)陣夾層板最優(yōu)結(jié)構(gòu)與材料參數(shù)，提出能夠有效改善結(jié)構(gòu)激光防護(hù)性能的工程方案。預(yù)期的研究成果有望推動(dòng)點(diǎn)陣夾層板結(jié)構(gòu)在高速飛行器抗激光加固設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

20世紀(jì)20年代有人提出關(guān)于夾層板殼的設(shè)想，但由于制造工藝復(fù)雜而未能推廣。從40年代起，夾層板殼作為一種重要的結(jié)構(gòu)形式出現(xiàn)于航空、航天、航海等工程中。C.A.諾索夫、N.J.霍夫、E.瑞斯納、C.利伯夫和S.巴特多夫等學(xué)者，對(duì)夾層板殼的力學(xué)理論進(jìn)行了廣泛的研究。

本項(xiàng)目以大型復(fù)雜曲面異質(zhì)金屬輕質(zhì)結(jié)構(gòu)夾層板的制造和性能表征為目標(biāo)，開(kāi)展輕質(zhì)結(jié)構(gòu)夾芯基于快速成型間接制造的工藝研究，輕質(zhì)結(jié)構(gòu)夾層板的異質(zhì)金屬激光深穿透焊接組裝工藝研究，夾層板強(qiáng)動(dòng)載荷動(dòng)態(tài)特性表征研究，重點(diǎn)解決三方面的關(guān)鍵問(wèn)題：（1）大型復(fù)雜曲面輕質(zhì)結(jié)構(gòu)基于快速成型間接制造工藝及精度傳遞規(guī)律；（2）大型復(fù)雜曲面輕質(zhì)結(jié)構(gòu)夾層板組裝工藝及異質(zhì)金屬激光深穿透焊接工藝優(yōu)化機(jī)理，如：激光深穿透焊接異質(zhì)金屬中的能量傳輸與溫度場(chǎng)分布，異質(zhì)金屬激光深穿透焊接界面金屬擴(kuò)散與金屬間化合物生成量的協(xié)調(diào)控制，異質(zhì)金屬激光深穿透焊接熔質(zhì)成分分布與熔池流動(dòng)特征，大型夾層板激光深穿透焊接應(yīng)力的產(chǎn)生、演化規(guī)律；（3）基于幾何構(gòu)型特征的異質(zhì)金屬輕質(zhì)結(jié)構(gòu)夾層板在強(qiáng)動(dòng)載荷下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和變形機(jī)制。本項(xiàng)目研究的大型復(fù)雜曲面異質(zhì)金屬輕質(zhì)結(jié)構(gòu)夾層板在交通、微電子、海洋采油、航空航天、生物、醫(yī)療、建筑等高科技及高技術(shù)領(lǐng)域中有著重要的意義。