金属蜂窝胶接结构耦合传热分析

《金属蜂窝胶接结构耦合传热分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、2012年第5期导弹与航天运载技术No.52010总第321期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo.321文章编号：1004-7182(2012)05-0054-04金属蜂窝胶接结构耦合传热分析张婕，任青梅，杨志斌，成竹（中国飞机强度研究所，西安，710065）摘要：对金属蜂窝胶接结构进行传热研究，考虑蜂窝结构热传导和热辐射的耦合作用，建立两种热分析模型，模拟蜂窝结构内部传热机理。通过两种模型计算结果的对比分析，总结出蜂窝结构传热模型建模规则，计算胶接金属蜂窝结构的等效热传导系数。分析表明，当高宽比不

2、大时，蜂窝晶胞壁的辐射是不容忽略的，胶粘层使得蜂窝夹层结构的隔热性能增强。关键词：金属蜂窝胶接结构；耦合传热；有限元法；有效热传导系数中图分类号：V414.7文献标识码：ACoupledHeatTransferAnalysisforAdhesivelyBondedMetallicHoneycombStructureZhangJie,RenQingmei,YangZhibin,ChengZhu（AircraftStrengthResearchInstitute,Xi’an,710065）Abstract：Heattransf

3、ermechanismoftheadhesivelybondedhoneycombcorepanelsisdiscussedinthispaper.Twoheatanalysismodelsareestablishedtosimulateinnerheattransfermechanisminconsiderationofthecouplingofheatradiationandconduction.Bycomparingtwoheattransfermodels,therulesforheattransfermodeli

4、ngofhoneycombstructureareconcluded,andtheeffectivethermalconductivityofthisstructureiscalculated.Itcanbestatedthatwhentheratiooftheheightandwidthisnottoomuch,theradiationheattransferinthehoneycombcellenclosurecannotbeignored.Adhesivelayerincreasetheeffectoftheheat

5、insulation.KeyWords：Adhesivelybondedmetallichoneycombstructure;Coupledheattransfer;Finiteelementmethod;Effectivethermalconductivity0引言辐射的耦合作用，建立两种热分析模型，模拟蜂窝结金属蜂窝夹层结构由上下两层金属面板和中间的构内部传热机理，总结出蜂窝结构传热模型建模规则，蜂窝型金属夹芯组成，具有很高的比刚度、比强度和并计算了金属蜂窝结构的等效热传导系数。极低的结构密度，在许多对材料质量有特殊要

6、求的领域，特别是在航天航空运输系统中得到大量的应用。1金属蜂窝内部传热机理考虑到航天器表面气动外形、高抗氧化性和结构轻体金属蜂窝隔热元件典型结构如图1所示。大量的化的综合要求，金属蜂窝夹层结构是可重复使用热防计算和实验研究表明，在蜂窝孔横截面的当量直径小护系统（ThermalProtectionSystem，TPS）大尺寸外层于10mm，蜂窝孔的高宽比大于6的情况下，可以完面板结构的最佳选择，将直接承受航天器再入时气动全抑制自然对流。因此，金属蜂窝传热分析可以不考[1][2]力与气动热载荷的剧烈作用。在金属蜂窝结构传热机虑

7、蜂窝内部自然对流换热。理研究中，计算蜂窝结构温度场是TPS设计中的重要金属蜂窝单元体剖面如图2所示。金属蜂窝单元环节，同时也是解决类似结构在热环境下的热应力、体主要有3种传热方式：a)通过蜂窝胞壁即金属箔片热刚度和颤振等问题的重要依据。的固体热传导；b)蜂窝晶胞内的空气传导；c)蜂窝晶本文应用有限元方法，考虑蜂窝结构热传导和热胞腔内的辐射传热。当温差较大时，辐射传热占主导收稿日期：2011-09-23；修回日期：2012-01-06作者简介：张婕（1980-），女，工程师，硕士研究生，主要从事热强度研究第5期张婕等金属蜂窝

8、胶接结构耦合传热分析55因素，由于空气的热传导系数比金属小3个量级，因度。此本文在对蜂窝传热机理的研究中不考虑空气传热，式（2）表示在面板上施加了一个恒定热流，式（3）主要考虑蜂窝胞壁的固体导热和辐射传热，两者相互给定一个恒定的温度边界条件，式（4）、式（5）分别耦合。为蜂窝晶胞中心和边界的对称边界条件