金屬點陣夾層板抗強激光加固機理與實驗研究結(jié)題摘要

高能連續(xù)激光防護能力是提升我國高速飛行器未來戰(zhàn)場生存能力必須重視的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。本項目針對首次提出的激光防護-承載一體化復合填充金屬點陣夾層板抗激光加固結(jié)構(gòu)的抗激光加固機理與實驗測試方法開展研究，建立了高能連續(xù)激光作用下復合填充點陣夾層結(jié)構(gòu)響應測試方法；發(fā)展了高溫環(huán)境下結(jié)構(gòu)變形、應變、溫度等多物理場測試技術(shù)；研究了不同功率連續(xù)激光輻照下點陣夾層板結(jié)構(gòu)的破壞模式與防護機理，得到結(jié)構(gòu)失效閾值。通過與相同面密度條件下結(jié)構(gòu)激光防護能力對比發(fā)現(xiàn)，本項目提出的復合填充點陣夾層結(jié)構(gòu)不僅可以顯著延緩激光破壞時間，同時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金屬點陣夾層板剩余強度的影響規(guī)律。建立了激光與復合金屬點陣夾層板相互作用效應的流固耦合數(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，通過與實驗結(jié)構(gòu)對比對數(shù)值模型進行了實驗驗證，得到了填充材料的激光防護機理。開展了風洞環(huán)境下激光輻照點陣夾層板實驗，獲得了真實服役環(huán)境下填充點陣結(jié)構(gòu)的破壞模式與失效閾值。本項目獲得的復合填充點陣夾層結(jié)構(gòu)抗激光加固機理以及建立的實驗方法與測試技術(shù)有望推動復合填充點陣夾層結(jié)構(gòu)在實際工程中的應用。 2100433B

金屬點陣夾層板結(jié)構(gòu)對強激光的防護還是一個新概念，其重要的工程價值還沒有被認識到。本項目擬對點陣夾層板抗強激光加固機理開展實驗與數(shù)值模擬研究，掌握激光輻照點陣夾層板破壞效應的實驗方法與測量技術(shù)，發(fā)展氣動環(huán)境下點陣夾層板的激光輻照破壞效應流熱固耦合數(shù)值計算方法，揭示金屬點陣夾層板抗激光加固機理，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)等四個方面對點陣夾層板抗激光加固性能的影響規(guī)律。在此基礎上，對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計，獲得激光輻照下點陣夾層板最優(yōu)結(jié)構(gòu)與材料參數(shù)，提出能夠有效改善結(jié)構(gòu)激光防護性能的工程方案。預期的研究成果有望推動點陣夾層板結(jié)構(gòu)在高速飛行器抗激光加固設計中的應用。

20世紀20年代有人提出關(guān)于夾層板殼的設想，但由于制造工藝復雜而未能推廣。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.巴特多夫等學者，對夾層板殼的力學理論進行了廣泛的研究。

本項目以大型復雜曲面異質(zhì)金屬輕質(zhì)結(jié)構(gòu)夾層板的制造和性能表征為目標，開展輕質(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，夾層板強動載荷動態(tài)特性表征研究，重點解決三方面的關(guān)鍵問題：（1）大型復雜曲面輕質(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)化機理，如：激光深穿透焊接異質(zhì)金屬中的能量傳輸與溫度場分布，異質(zhì)金屬激光深穿透焊接界面金屬擴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特征，大型夾層板激光深穿透焊接應力的產(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)夾層板在強動載荷下的動態(tài)響應和變形機制。本項目研究的大型復雜曲面異質(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)領域中有著重要的意義。