新型輕質(zhì)點(diǎn)陣材料熱膨脹調(diào)控設(shè)計(jì)、制備與表征

在溫度劇烈變化服役環(huán)境下，航空航天工程中衛(wèi)星與高超聲速飛行器的大量結(jié)構(gòu)的熱膨脹變形需要精確地調(diào)控。本項(xiàng)目結(jié)合點(diǎn)陣材料輕質(zhì)及優(yōu)異力學(xué)性能的優(yōu)點(diǎn)，創(chuàng)新地設(shè)計(jì)發(fā)展了一類輕質(zhì)-承載-熱膨脹可調(diào)控一體化新型點(diǎn)陣材料。本項(xiàng)目首先完成了新型三維點(diǎn)陣材料設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了三維空間熱膨脹系數(shù)調(diào)控，并提出三維空間不動(dòng)點(diǎn)法可將任意空間結(jié)構(gòu)重構(gòu)而具有所需的熱膨脹系數(shù)。同時(shí)基于平面點(diǎn)陣材料，以卷曲方法設(shè)計(jì)了多類多種點(diǎn)陣圓柱殼結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了軸向和徑向熱膨脹系數(shù)的寬幅調(diào)控。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了熱膨脹及泊松比可同時(shí)集成調(diào)控的新型點(diǎn)陣材料，拓展了點(diǎn)陣材料的功能集成化。進(jìn)一步組建了基于數(shù)字圖像相關(guān)法的非接觸式熱膨脹系數(shù)實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng)。探索采用增材制造工藝制備了雙組分的點(diǎn)陣材料，并通過熱膨脹系數(shù)實(shí)驗(yàn)測試，證明所制備的點(diǎn)陣材料可實(shí)現(xiàn)熱膨脹系數(shù)的寬幅調(diào)控。本項(xiàng)目的研究成果為航空航天工程中結(jié)構(gòu)對(duì)熱膨脹可調(diào)控且兼具輕量化，力學(xué)性能優(yōu)異新材料的迫切需求提供新的解決方案，理論設(shè)計(jì)方法及實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

在溫度劇烈變化服役環(huán)境下，航空航天工程中衛(wèi)星、高超聲速飛行器的大量結(jié)構(gòu)的熱膨脹變形需要精確地調(diào)控。然而現(xiàn)有的均質(zhì)及復(fù)合材料均難以同時(shí)滿足結(jié)構(gòu)對(duì)熱膨脹可調(diào)控且兼具輕量化，力學(xué)性能優(yōu)異的多重需求。本項(xiàng)目結(jié)合點(diǎn)陣材料輕質(zhì)，力學(xué)性能優(yōu)異的優(yōu)點(diǎn)，創(chuàng)新地發(fā)展輕質(zhì)-承載-熱膨脹可調(diào)控一體化新型點(diǎn)陣材料。項(xiàng)目首先重點(diǎn)建立新型輕質(zhì)點(diǎn)陣材料的熱膨脹調(diào)控設(shè)計(jì)方法，并研究多級(jí)新型點(diǎn)陣材料設(shè)計(jì)方法以實(shí)現(xiàn)熱膨脹大范圍調(diào)控設(shè)計(jì)。建立和獲得新型點(diǎn)陣材料的彈性本構(gòu)關(guān)系，失效模式及失效機(jī)理等力學(xué)性能。其次開展新型點(diǎn)陣材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)與制備技術(shù)研究。最后針對(duì)新型點(diǎn)陣材料的關(guān)鍵熱學(xué)及力學(xué)性能進(jìn)行表征，揭示其在溫度變化和熱力耦合服役環(huán)境下的熱膨脹、強(qiáng)度，剛度等重要性能，為航空航天工程中結(jié)構(gòu)對(duì)熱膨脹可調(diào)控且兼具輕量化，力學(xué)性能優(yōu)異新材料的迫切需求提供新的解決方案，理論設(shè)計(jì)方法及實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

結(jié)構(gòu)阻尼一體化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高效振動(dòng)響應(yīng)控制和結(jié)構(gòu)承載功能一體化，是目前航空航天飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要研究方向。本項(xiàng)目基于全復(fù)合材料點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)優(yōu)異的比剛度和比強(qiáng)度性能，結(jié)合粘彈性阻尼材料的高阻尼特性，設(shè)計(jì)制備兼具結(jié)構(gòu)承載功能和減振降噪功能的多功能結(jié)構(gòu)，研究這類結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)規(guī)律和阻尼特性。主要研究成果包括：針對(duì)結(jié)構(gòu)承載和阻尼設(shè)計(jì)要求，開展了多功能協(xié)同和多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了阻尼點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案；采用共固化工藝制備阻尼復(fù)合材料點(diǎn)陣平板結(jié)構(gòu)和曲面殼結(jié)構(gòu)，通過在復(fù)合材料點(diǎn)陣面板以及芯子中埋置阻尼材料的方法實(shí)現(xiàn)了在結(jié)構(gòu)剛度不降低的前提下阻尼性能的大幅提高；建立了阻尼復(fù)合材料點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)阻尼性能與其結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系，獲得了這類結(jié)構(gòu)力學(xué)性能和阻尼性能的表征方法。研究成果可為航空航天飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造提供理論依據(jù)和技術(shù)儲(chǔ)備。 課題圓滿完成了既定的計(jì)劃任務(wù)、實(shí)現(xiàn)了預(yù)期研究目標(biāo)。迄今為止，本課題共發(fā)表學(xué)術(shù)期刊論文7篇，會(huì)議論文4篇，其中SCI檢索6篇，EI檢索3篇。在科學(xué)出版社出版專著1部。獲得授權(quán)國家發(fā)明專利2項(xiàng)。通過課題研究培養(yǎng)博士生8人，碩士生4人，畢業(yè)博士生3人、碩士生3人。 2100433B

本書為高等院校無機(jī)非金屬材料專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教材，是在作者多年本科教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上編寫的。全書共分6章，內(nèi)容涉及新型無機(jī)非金屬材料制備,包括粉體的合成、成型與燒結(jié)，以及其結(jié)構(gòu)性能測試與表征。書中介紹了材料合成與制備中常用的儀器設(shè)備、材料微觀結(jié)構(gòu)及各種物理性能的常用基本表征測試技術(shù)。在材料粉體合成與材料制備實(shí)驗(yàn)部分中，選取了目前新型無機(jī)非金屬材料合成制備中常用的方法，合成制備具有代表性的典型的新型無機(jī)非金屬材料，另外，還將目前本領(lǐng)域最新科研成果的部分內(nèi)容轉(zhuǎn)化為綜合性研究型實(shí)驗(yàn)，通過這種形式把科研工作的新進(jìn)展、新技術(shù)，新工藝，以及國際上相關(guān)研究的最新內(nèi)容及時(shí)補(bǔ)充到教學(xué)實(shí)驗(yàn)中。本書可作為材料學(xué)科本科實(shí)驗(yàn)課程的教材，也可作為科研工作中無機(jī)非金屬材料性能檢測的參考書，并可供相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員閱讀。