金属点阵夹层板抗强激光加固机理与实验研究

The high power laser protection of metal sandwich panels with truss cores is a new concept, and its engineering value has not been recognized. In the project, systemic researches on the laser resistant protection mechanisms of metallic sandwich panel with truss cores will be carried out. Correspondingly, experimental methods and measurement techniques of sandwich panel subjected to laser irradiation will be developed. In addition, the thermal-fluid-solid coupling analysis method for laser irradiated sandwich panel with truss cores under flow condition will be developed. The mechanism of laser resistance of sandwich panel with truss cores will be revealed. Four aspects on the laser protection behavior are concerned: the main geometric parameters, thermal and mechanical properties of the material, laser parameters and environment parameters. Based on above analysis, the optimal geometric parameter and material parameter of the metal sandwich panel with truss cores to the laser irradiation resistance will be obtained by the numerical model. The significance of the project is to propel the application of truss core sandwich in the laser resistant protection design of high speed flights.

金属点阵夹层板结构对强激光的防护还是一个新概念，其重要的工程价值还没有被认识到。本项目拟对点阵夹层板抗强激光加固机理开展实验与数值模拟研究，掌握激光辐照点阵夹层板破坏效应的实验方法与测量技术，发展气动环境下点阵夹层板的激光辐照破坏效应流热固耦合数值计算方法，揭示金属点阵夹层板抗激光加固机理，获取结构几何参数、材料参数、激光参数与环境参数等四个方面对点阵夹层板抗激光加固性能的影响规律。在此基础上，对结构进行优化设计，获得激光辐照下点阵夹层板最优结构与材料参数，提出能够有效改善结构激光防护性能的工程方案。预期的研究成果有望推动点阵夹层板结构在高速飞行器抗激光加固设计中的应用。

高能连续激光防护能力是提升我国高速飞行器未来战场生存能力必须重视的关键环节之一。本项目针对首次提出的激光防护-承载一体化复合填充金属点阵夹层板抗激光加固结构的抗激光加固机理与实验测试方法开展研究，建立了高能连续激光作用下复合填充点阵夹层结构响应测试方法；发展了高温环境下结构变形、应变、温度等多物理场测试技术；研究了不同功率连续激光辐照下点阵夹层板结构的破坏模式与防护机理，得到结构失效阈值。通过与相同面密度条件下结构激光防护能力对比发现，本项目提出的复合填充点阵夹层结构不仅可以显著延缓激光破坏时间，同时有效降低了损伤程度。此外，研究了连续激光辐照引起的的局部损伤对金属点阵夹层板剩余强度的影响规律。建立了激光与复合金属点阵夹层板相互作用效应的流固耦合数值分析模型，考虑激光引起结构产生的屈曲、熔融、气化等破坏效应，通过与实验结构对比对数值模型进行了实验验证，得到了填充材料的激光防护机理。开展了风洞环境下激光辐照点阵夹层板实验，获得了真实服役环境下填充点阵结构的破坏模式与失效阈值。本项目获得的复合填充点阵夹层结构抗激光加固机理以及建立的实验方法与测试技术有望推动复合填充点阵夹层结构在实际工程中的应用。