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含缺陷高温合金蜂窝板力学性能研究

高星鹏  
【摘要】:金属热防护结构主要包括最外层高温合金蜂窝板、中间的高低温隔热层和内层的钛合金蜂窝板,高温合金蜂窝板处于金属热防护系统的最外层,在飞行器工作过程中起到隔绝结构内外热量和承受外载荷的作用,而在服役过程中不可避免地会出现不同种类的缺陷,因此研究无缺陷和含缺陷蜂窝板的力学性能具有重要意义。本文首先通过齿轮辊压机将GH4099箔材辊压成瓦楞板,之后利用电阻点焊技术将瓦楞板连接成蜂窝芯,然后对蜂窝芯进行线切割、平磨加工、去毛刺、钎焊工艺制成蜂窝板,采用预埋缺陷的方式对含有面芯脱焊缺陷蜂窝板进行制备。为了分析面芯脱焊缺陷对蜂窝板力学性能的影响以及无缺陷蜂窝板的变形模式和屈服应力,对制备好的蜂窝板进行静态平压试验和静态侧压试验,试验结果表明:面芯脱焊缺陷对蜂窝板的平压性能影响较小,纵向蜂窝板的侧压强度高于横向蜂窝板,在研究缺陷对侧压性能的影响时,将面芯脱焊缺陷细分为节点脱焊缺陷、单层壁脱焊缺陷、双层壁脱焊缺陷,并分别研究这三种缺陷类型对侧压性能的影响。同时通过BP神经网络结合遗传算法对TC1箔材的电阻点焊工艺参数进行了优化,为后续钛合金蜂窝板的制备提供了依据。利用Abaqus有限元分析软件对蜂窝板的平压过程和侧压过程进行了模拟,在平压模拟中,应力峰值出现在两相邻蜂窝侧壁交界处的中间位置并向两边扩散,模拟得出的平压极限载荷与试验值误差仅为1.2%。在侧压模拟中,纵向蜂窝板的整体应力分布较为均匀,在侧压后期,应力集中在上下压头处,面板上端产生变形鼓包;横向蜂窝板的主要受力结构是面板和单层壁,双层壁与面板连接处的应力峰值远远低于单层壁与面板连接处的应力峰值,蜂窝芯的单层壁的应力峰值高于双层壁,在侧压后期,应力集中在上下压头处,由于其独特的应力分布特点,最终在面板上端产生酒窝型鼓包。


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