近日，航空學(xué)院黃河源副研究員團(tuán)隊(duì)在防熱-承載一體化輕質(zhì)點(diǎn)陣超材料方向取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“Thermal-Mechanical Coupling Performance of Heat-Resistant, High-Strength and Printable Al-Si Alloy Antisymmetric Lattice Structure”（耐溫高強(qiáng)可打印的Al-Si反對(duì)稱(chēng)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)熱力耦合研究）（DOI：10.1002/advs.202407107）為題發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Advanced Science》（綜合類(lèi)一區(qū)TOP期刊，影響因子14.3）。航空學(xué)院嚴(yán)家琪碩士研究生為論文第一作者，黃河源副研究員為通訊作者，董志城博士研究生和賈犇博士研究生為本文共同一作，西北工業(yè)大學(xué)及飛行器基礎(chǔ)布局全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為該論文唯一署名單位。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、陜西省科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、中央高校專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目、西北工業(yè)大學(xué)博創(chuàng)基金和西北工業(yè)大學(xué)研究生實(shí)踐與創(chuàng)新基金等項(xiàng)目的資助。
高超音速飛行器在飛行中處于熱-力載荷耦合的復(fù)雜工作環(huán)境，因此在實(shí)際工程應(yīng)用中對(duì)熱防護(hù)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的指標(biāo)要求。而點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)在擁有超輕質(zhì)量的同時(shí)還擁有高孔隙率、高比剛度、高比強(qiáng)度、高能量吸收、高強(qiáng)韌等熱力特性，作為一種多功能一體化結(jié)構(gòu)，在航空航天領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。目前，對(duì)于實(shí)現(xiàn)新型點(diǎn)陣熱防護(hù)系統(tǒng)仍在深入進(jìn)行中，如何提高其機(jī)械性能性能、換熱效率以及實(shí)現(xiàn)輕量化等，都是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，其研究和發(fā)展對(duì)于推動(dòng)復(fù)雜環(huán)境下的飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要意義。
該研究首先基于新型耐溫高強(qiáng)AlSi12Fe2.5Ni3Mn4粉末材料和傳統(tǒng)金字塔點(diǎn)陣，設(shè)計(jì)并采用SLM制備了一種通過(guò)旋轉(zhuǎn)反射多級(jí)化得到的反對(duì)稱(chēng)抗屈曲點(diǎn)陣胞元結(jié)構(gòu)（ASLC-B），并通過(guò)SEM、三維Micro-CT的多尺度表征手段實(shí)現(xiàn)對(duì)試件打印質(zhì)量的驗(yàn)證。進(jìn)一步的，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)ASLC-B的設(shè)計(jì)使得結(jié)構(gòu)的承載能力和換熱效率相比于傳統(tǒng)金字塔點(diǎn)陣均得到了顯著提高，同時(shí)基于J-C本構(gòu)建立的高精度數(shù)值模型表明，ASLC-B的設(shè)計(jì)能夠優(yōu)化結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布，有效減小結(jié)構(gòu)屈曲，從而延緩失效的發(fā)生。此外，通過(guò)對(duì)比不同材料的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)承載能力和SEM結(jié)果，發(fā)現(xiàn)AlSi12Fe2.5Ni3Mn4因耐高溫蠕變?cè)氐奶砑邮沟煤蛡鹘y(tǒng)鋁合金材料相比在保證結(jié)構(gòu)輕量化的同時(shí)，結(jié)構(gòu)的高溫性能可以有效提升。這項(xiàng)研究通過(guò)對(duì)耐溫高強(qiáng)的新型反對(duì)稱(chēng)抗屈曲點(diǎn)陣胞元（ASLC-B）的構(gòu)型設(shè)計(jì)、制備表征、性能測(cè)試、對(duì)比分析的系統(tǒng)性工作，驗(yàn)證了所提出反對(duì)稱(chēng)抗屈曲設(shè)計(jì)方法的優(yōu)越性以及新型AlSi12Fe2.5Ni3Mn4材料在耐溫高強(qiáng)結(jié)構(gòu)中使用的潛在可能性，為點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的熱防護(hù)設(shè)計(jì)提供了新的思路。
黃河源副研究員團(tuán)隊(duì)依托陜西省輕質(zhì)多功能超材料設(shè)計(jì)與應(yīng)用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，長(zhǎng)期致力于多功能結(jié)構(gòu)一體化輕質(zhì)超材料的設(shè)計(jì)、制備以及分析測(cè)試等方向的研究，目前已在《Advanced Materials》《Chemical Society Reviews》《Composite Science and Technology》《Nano Research》《Materials Today Bio》《Composite Structures》等國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文30余篇。
文章鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202407107
（文字：嚴(yán)家琪；審核：李斌）
