多孔Si3N4天线罩连接构件接头结构的模拟计算与设计

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1、硕士学位论文多孔Si3N4天线罩连接构件接头结构的模拟计算与设计SIMULATIONCALCULATIONANDDE-SIGNOFCONNECTORSTRUCTUREOFPOROUSSi3N4RADOMECONNECTOR李晓明哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG454学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文多孔Si3N4天线罩连接构件接头结构的模拟计算与设计硕士研究生：李晓明导师：张杰教授申请学位：工学硕士学科：材料学所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedI

2、ndex:TG454U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSIMULATIONCALCULATIONANDDE-SIGNOFCONNECTORSTRUCTUREOFPOROUSSi3N4RADOMECONNECTORCandidate：LiXiaomingSupervisor：Prof.ZhangJieAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsScienceAffiliation：SchoolofMateria

3、lSci.&Eng.DateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士论文摘要导弹天线罩通常需要材料具有良好的介电性能与抗热震性能，较低的热膨胀系数，此外还需要具有抗热蚀、透波、放热等特性。多孔Si3N4陶瓷恰好能够符合以上要求，但是如果采用多孔Si3N4陶瓷制作导弹天线罩，则需要金属连接环将天线罩与弹体连接在一起。本课题选择的金属连接环材料为Invar合金，因为Invar合金具有较小的膨胀系数和较高的塑形、韧性。但是由于多孔Si

4、3N4本身脆性大、易破碎的特点，那么如何降低接头的残余应力成为关键。本课题将重点探索Invar环厚度、等分份数、钎料层厚度、搭接长度及环壁倾斜度等宏观因素对残余应力的影响。首先分别采用两种钎料Ag-Cu-Ti和Ag-Cu/Cu/Ag-Cu-Ti进行了组织与性能件的连接试验。通过对比组织及剪切性能选出了模拟采用的钎料为Ag-Cu/Cu/Ag-Cu-Ti，并根据该钎料连接接头的组织分布情况，确立了设计模型分为5个部分，由内到外依次为Invar合金环、Ag-Cu环、纯Cu环、Ag-Cu环、多孔Si3N4环。模型冷却以后的残余应力进行分析，从模拟结果可以发现，Inva

5、r环的厚度减薄能够有效的减小残余应力；对Invar合金环进行2等分以后，残余应力下降十分明显，继续增加等分份数残余应力没有更加明显的下降；随着钎料层厚度的减小，残余应力先缓慢下降，但钎料层继续减小到0.1mm时，残余应力又出现了较大的增长；改变两母材圆环的搭接长度对于残余应力有较为明显的影响，应力随搭接长度减小呈现先增大后减小的趋势，搭接长度5mm时残余应力最小；为了验证环壁倾斜度的改变对于残余应力的影响，本课题分别设计两种Invar环的倾斜模型。方案一是Invar环内壁竖直，方案二是Invar环内外壁均倾斜且相互平行。通过两种方案的对比验证发现环壁倾斜度对于

6、残余应力的大小及分布几乎没有影响。加载过程的模拟主要是分析连接件的承载能力以及承载后应力的分布情况。模拟结果显示，受到相同外加载荷时，随着Invar环的减薄，多孔Si3N4环上应力减小。但当Invar环减薄到1mm时，承载能力大大下降；Invar环2等分和4等分时多孔Si3N4环上应力最小且有效连接面积最大。继续增加等分份数，则应力反而增大，有效连接面积下降；对于更改钎料层厚度进行加载模拟，我们发现钎料层越薄加载以后应力越小，有效连接面积越大；在加载过程中，搭接长度越小承载能力越差。随着外加载荷的增大，多孔Si3N4陶瓷环上的应力也增长的越快；随着环壁-I-哈

7、尔滨工业大学工学硕士论文倾斜度的增大，应力呈现先降低后升高的趋势，应力集中区域从边缘转移到中间位置后又转回边缘。由以上模拟计算确定了Invar环厚度2mm、Invar环4等分、钎料层厚度0.4mm、搭接长度10mm、环壁倾斜度80°为连接最佳参数。最后利用模拟得到的最佳参数进行了实际构件的连接，测试了剪切性能，Invar环完全切割的连接件承载能力达到了2238N。关键词：Si3N4陶瓷天线罩；Invar合金连接环；模拟计算；残余应力；接头设计-II-哈尔滨工业大学工学硕士论文AbstractMissileradomeusuallyrequiresmateria

8、lswithgooddielectri