吴振强 宫文然 程昊 贾洲侠 方国东

考虑边界约束条件的C/SiC壁板热屈曲试验研究

吴振强1宫文然1程昊1贾洲侠1方国东2

(1 北京强度环境研究所 可靠性与环境工程技术重点实验室，北京 100076；2 哈尔滨工业大学特种环境复合材料技术国防科技重点实验室，哈尔滨 150080)

当热变形受到限制或承受非均匀温度场时，复合材料壁板易发生热屈曲现象，导致出现分层或改变了结构的动力学特性，严重影响着飞行器结构的完整性。本文选取典型C/SiC壁板为试验件，设计了水冷边界工装，采用双向限制位移方法模拟试验件的边界约束状态。基于石英灯加热装置，开展了不同升温速率下的热屈曲试验，采用热像仪和数字图像相关技术等测试获取了真实的温度场和变形场。同时开展了不同温度状态下的热模态试验。依据壁板中心点离面位移变化和第1阶固有频率变化计算得到热屈曲临界温度，并作对比分析，可为热防护结构设计和力热试验验证提供技术支撑。

C/SiC壁板；热变形；热屈曲临界温度；离面位移；固有振动频率

0 引言

为满足耐高温和轻质化的设计要求，飞行器机身和机翼结构多采用耐高温合金或防热承载一体化的高温复合材料薄壁结构[1-2]。在高马赫数巡航飞行或再入过程中会经历严酷的气动力、气动热、振动、噪声等多场服役环境，当热变形受到限制或承受非均匀温度场时，蒙皮结构在热应力作用下易发生永久性的屈曲变形或局部热屈曲现象，改变了结构的动力学响应特征，复合材料壁板局部还会出现强度破坏如分层等，严重影响着飞行器结构的完整性，成为制约飞行器结构强度分析和重复使用性能评估的关键技术瓶颈[3-7]。……