一种热防护材料服役性能评价方法技术

本发明专利技术提供一种热防护材料服役性能评价方法，该方法包括：获取热防护材料中各个增强体织物的编织参数；根据编织参数，确定热防护材料的细观尺度代表性体积单元的几何模型；基于细观尺度代表性体积单元的几何模型，根据编织参数及细观尺度热防护材料预设等效性能预测模型，确定热防护材料的等效性能；根据等效性能，确定等效性能与纤维/基体工艺、温度的关联关系；将关联关系输入预建热防护材料服役性能跨尺度预测模型，确定热防护材料的服役性能。该方案可以实现面向极端气动热环境的整体成型热防护材料的服役性能的精准评价。成型热防护材料的服役性能的精准评价。成型热防护材料的服役性能的精准评价。

【技术实现步骤摘要】
一种热防护材料服役性能评价方法


[0001]本专利技术属于航天热防护材料
，特别涉及一种热防护材料服役性能评价方法。

技术介绍

[0002]下一代高超声速任务瞄准小天体与太阳系其他行星探测，与当前探月、探火任务中飞行器热防护系统所面临的气动热环境相比，下一代高超声速飞行器热防护系统经历极高热流、高焓值、高压强的更恶劣极端环境，对轻质防热
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隔热一体化热防护材料设计与性能评价方法提出了迫切需求。近年来，在载人航天、探月工程、火星探测工程牵引下，我国航天热防护材料技术发展较为迅速，但还面临较多突出问题。现有热防护材料性能评价方法基于材料宏观服役性能预测模型，难以捕获由材料工艺(纤维种类、织物编织参数、基体体系等)不同引起的等效性能与服役性能差异，制约先进热防护材料精细化设计与评价水平。

技术实现思路

[0003]本说明书实施例的目的是提供一种热防护材料服役性能评价方法。
[0004]为解决上述技术问题，本申请实施例通过以下方式实现的：
[0005]本申请提供一种热防护材料服役性能评价方法，该方法包括：
[0006]获取热防护材料中各个增强体织物的编织参数；
[0007]根据编织参数，确定热防护材料的细观尺度代表性体积单元的几何模型；
[0008]基于细观尺度代表性体积单元的几何模型，根据编织参数及细观尺度热防护材料预设等效性能预测模型，确定热防护材料的等效性能；
[0009]根据等效性能，确定等效性能与纤维/基体工艺、温度的关联关系；
[0010]将关联关系输入预建热防护材料服役性能跨尺度预测模型，确定热防护材料的服役性能。
[0011]在其中一个实施例中，编织参数包括以下至少一者：编织方式、编织角、花节长度、经密、纬密、经纱细度、纬纱细度、接结纱细度、针刺密度、针刺深度和织物厚度。
[0012]在其中一个实施例中，细观尺度代表性体积单元的几何模型包括以下至少一者：三维整体编织复合材料单胞、多层联锁编织复合材料单胞、正交三向机织复合材料单胞、层层角联锁机织复合材料单胞、多层多向机织复合材料单胞、多轴向针织复合材料单胞、叠层针刺织物复合材料单胞以及不同编织方式过渡区复合材料单胞。
[0013]在其中一个实施例中，等效性能包括：导热系数、比热容、密度、纤维体积分数。
[0014]在其中一个实施例中，等效性能包括导热系数，根据编织参数及细观尺度热防护材料预设等效性能预测模型，确定热防护材料的等效性能，包括：
[0015]获取细观尺度代表性体积单元的稳态热传导模型；
[0016]根据稳态热传导模型，确定细观尺度代表性体积单元的不同温度分别对应的热流；
[0017]根据温度及热流，确定不同温度分别对应的细观尺度代表性体积单元的各向异性导热系数。
[0018]在其中一个实施例中，等效性能包括比热容，根据编织参数及细观尺度热防护材料预设等效性能预测模型，确定热防护材料的等效性能，包括：
[0019]获取纤维比热容、纤维配比、基体比热容及无机组元填料配比；
[0020]根据纤维比热容、纤维配比、基体比热容及无机组元填料配比，确定比热容。
[0021]在其中一个实施例中，等效性能包括密度，根据编织参数及细观尺度热防护材料预设等效性能预测模型，确定热防护材料的等效性能，包括：
[0022]获取纤维密度、纤维配比、基体密度及无机组元填料配比；
[0023]根据纤维密度、纤维配比、基体密度及无机组元填料配比，确定密度。
[0024]在其中一个实施例中，等效性能包括纤维体积分数，根据编织参数及细观尺度热防护材料预设等效性能预测模型，确定热防护材料的等效性能，包括：
[0025]获取细观尺度代表性体积单元的纱线截面形状及增强体编织参数；
[0026]根据纱线截面形状，确定填充因子；
[0027]根据增强体编织参数，确定纱线体积分数；
[0028]根据填充因子及纱线体积分数，确定纤维体积分数。
[0029]在其中一个实施例中，等效性能与纤维/基体工艺、温度的关联关系，包括：
[0030]Y1＝f(经密,纬密,经纱细度,纬纱细度,织物厚度,温度)
[0031]Y2＝f(经密,纬密,经纱细度,纬纱细度,织物厚度)
[0032]Y1为连续纤维织物不同梯度区域复合材料的等效导热系数和比热容，Y2为连续纤维织物不同梯度区域复合材料的密度和纤维体积分数。
[0033]在其中一个实施例中，预建热防护材料服役性能跨尺度预测模型中能量守恒关系为：
[0034]热力学能增量＝热传导热量+热辐射热量
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树脂热解吸热量
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热解气体流动吸热量+无机组元陶瓷反应放热量+纤维与基体氧化放热量。
[0035]由以上本说明书实施例提供的技术方案可见，该方案通过获取的热防护材料中各个增强体织物的编织参数，确定热防护材料的细观尺度代表性体积单元的几何模型，基于细观尺度代表性体积单元的几何模型确定热防护材料的等效性能，然后建立等效性能与纤维/基体工艺、温度的关联关系，将关联关系输入预建热防护材料服役性能跨尺度预测模型中确定热防护材料的服役性能，可以实现面向极端气动热环境的整体成型热防护材料的服役性能的精准评价，可以推动新型热防护材料在先进高超声速飞行器热防护系统上的转化和应用。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037]图1为本申请实施例提供的热防护材料服役性能评价方法的流程示意图；
[0038]图2为本申请实施例提供的双梯度连续纤维编织树脂基复合材料示意图；
[0039]图3为本申请实施例提供的连续纤维织物复合材料的各向异性导热系数预测结果示意图；
[0040]图4为本申请实施例提供的连续纤维织物复合材料的比热容预测结果示意图；
[0041]图5为本申请实施例提供的连续纤维织物复合材料服役性能精准评价结果。
具体实施方式
[0042]为了使本
的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。
[0043]以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热防护材料服役性能评价方法，其特征在于，所述方法包括：获取热防护材料中各个增强体织物的编织参数；根据所述编织参数，确定所述热防护材料的细观尺度代表性体积单元的几何模型；基于所述细观尺度代表性体积单元的几何模型，根据所述编织参数及细观尺度热防护材料预设等效性能预测模型，确定热防护材料的等效性能；根据所述等效性能，确定所述等效性能与纤维/基体工艺、温度的关联关系；将所述关联关系输入预建热防护材料服役性能跨尺度预测模型，确定所述热防护材料的服役性能。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述编织参数包括以下至少一者：编织方式、编织角、花节长度、经密、纬密、经纱细度、纬纱细度、接结纱细度、针刺密度、针刺深度和织物厚度。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述细观尺度代表性体积单元的几何模型包括以下至少一者：三维整体编织复合材料单胞、多层联锁编织复合材料单胞、正交三向机织复合材料单胞、层层角联锁机织复合材料单胞、多层多向机织复合材料单胞、多轴向针织复合材料单胞、叠层针刺织物复合材料单胞以及不同编织方式过渡区复合材料单胞。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等效性能包括：导热系数、比热容、密度、纤维体积分数。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述等效性能包括导热系数，所述根据所述编织参数及细观尺度热防护材料预设等效性能预测模型，确定热防护材料的等效性能，包括：获取所述细观尺度代表性体积单元的稳态热传导模型；根据所述稳态热传导模型，确定所述细观尺度代表性体积单元的不同温度分别对应的热流；根据所述温度及所述热流，确定不同温度分别对应的所述细观尺度代表性体积单元的各向异性导热系数。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述等效性能包括比热容，所述根据所述编织参数及...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玮洁，张中伟，梁皓然，蒋祖航，王同凯，宋欣，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：