复合材料点阵夹芯结构及其力-热一体化特性的研究

点阵夹芯结构（材料）是一种集超轻、高强韧、散隔热性能好等特点的高结构效率和多功能于一体的创新型结构（材料），在航天航空等领域具有广泛的应用前景。在国际上与金属点阵结构相比复合材料点阵结构的制备与研究还处于起步阶段，是各国竞相研发的热点课题之一。本项目利用一体化成型技术制备纤维点阵夹芯结构，并研究其力学性能及热耗散特性。主要研究内容包括：针对材料力-热一体化特定的工程需求，采用双目标函数优化设计全复合材料点阵夹芯结构；研发具有一次模具成型、工艺简单等特点的一体化制备工艺制备纤维增强复合材料点阵夹芯（材料）结构；以多学科理论为指导、通过数值模拟与实验相结合的方法研究该类点阵材料的力学性能、破坏模式和传热机理；揭示复合材料点阵夹芯结构的细观构型与宏观力学性和传热特性之间的内在关联机制；给出力-热一体化点阵复合材料夹芯结构的最佳构型，指导轻质多功能材料的设计与应用。

复合材料点阵夹芯结构（材料）是一种集超轻、高强韧、散隔热性能好等特点的高结构效率和多功能于一体的创新型结构（材料），在航天航空以及国防领域具有广泛的应用前景。针对该种新型结构的研究刚刚起步，因此，如何从设计、制备方法以及对其特性评价等方面开展研究，制备出具有力-热一体化特性的新型复合材料结构，对其未来成功应用于航空航天等领域具有重要意义。本课题在以下几个方面开展了研究工作：1、研究探索了金字塔点阵夹芯结构的一次成型制备工艺，结合工艺特点设计制备了金字塔点阵结构成型模具并结合优化热压工艺制备出满足要求的试件。2、实验研究了点阵夹芯结构在不同载荷作用下的力学性能，理论推到了该结构的弹性模量和强度，对其在外部载荷下的弹性屈曲及其破坏模式进行了分析与讨论。3、在分析总结一次成型制备方法的基础上，提出了一种改进型制备方法，从试验与理论上对比分析了两种制备方法所制备试件的力学性能，分别考察了典型的金字塔点阵夹芯结构在不同外部载荷作用下的力学响应，考察分析了不同载荷下的破坏模式，并结合破坏准则将理论预报及实验测试结果进行了对比分析。4、针对典型的金字塔和四面体点阵夹芯结构，在强制换热流体介质作用下的热耗散特性开展了研究，数值模拟了在内、外恒定温度载荷作用下该结构的热传输特性。5、分析给出了点阵夹芯结构胞元构成杆件倾角的变化对该结构主动换热性能的影响规律，并对基于杆件倾角的该结构力-热性能进行优化分析。