李大涛 郁汶山 蒋劲松

（1 长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室，西安 710064）

（2 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室，西安 710049）

（3 成都飞机设计研究所，强度设计部，成都 610041）

文 摘 为研究三维随机纤维材料服役环境下的力学性能，提高热防护系统安全服役性能和结构寿命。利用有限元建模软件，建立三维随机纤维材料微结构模型，研究其面内和厚度两个方向的三维随机纤维材料宏观力学性能与几何参数（纤维方向、纤维长度和纤维直径）的关系，获得了三维随机纤维材料厚度和面内宏观力学性能演化规律。结果表明：三维随机纤维材料内部偏移纤维比重越大，厚度方向压缩强度就越高，面内方向压缩强度就越低；压缩强度随纤维长度增加呈上升趋势，在0.9 mm 左右时达到临界值；压缩强度随纤维直径增加呈下降趋势。该研究结果可为三维随机纤维材料制备提供理论基础。

0 引言

高超声速飞行器是世界各国研究和发展的热点［1］，而高超声速飞行器的安全服役需要由高性能的热防护系统（TPS）提供保障，来确保飞行器的关键结构在大气层中高速飞行时免遭烧毁［2］。其中，刚性隔热瓦热防护系统具有质量轻、耐温高等优点，被大面积应用于航天飞机等飞行器中。典型的刚性隔热瓦热防护系统，由刚性隔热瓦、应变隔离垫、室温固化硅胶和外部涂层等组成［3-4］。作为刚性隔热瓦热防护系统中最重要的组成部件——刚性隔热瓦，是一种由无机纤维材料烧结而成的网状结构三维随机纤维材料，且具有孔隙率高、质量轻、隔热性能优良等特点［5-10］。……