Page 94 - 《真空与低温》2025年第4期

高 斌等：薄壁多孔碳-碳复合材料栅极力学性能仿真与试验评价研究 509

提取屏栅与加速栅应力云图结果可知，屏栅与加 栅最大位移均出现在栅极中心处，屏栅最大位移
−3
速栅应力集中主要发生在栅极安装耳处，屏栅应力 出现在组件 8 阶模态下，位移量为 5.767×10 mm，
极值为 2.14 MPa，加速栅应力极值为 1.275 MPa，屏 加速栅最大位移出现在组件 3 阶模态下，位移量
−3
栅与加速栅应力分布与随机振动分析结果类似， 为 3.208×10 mm，位移量接近，冲击响应下，双栅
两组栅极均满足材料许用应力要求。分别提取冲 最大位移较随机振动响应高 5～6 个数量级，因而，
击响应谱下屏栅与加速栅变形结果可知，首阶模态 栅极构型设计中应主要以冲击响应作为力学考核
下栅极组件形变仍发生在栅极中心，屏栅与加速 指标。

Mises应力/MPa Mises应力/MPa Mises应力/MPa
（Avg: 75%） （Avg: 75%） （Avg: 75%）
2.414 0.516 7 0.116 0
2.213 0.473 7 0.106 3
2.012 0.430 6 9.668×10 −2
1.811 0.387 6 8.701×10 −2
1.610 0.344 5 7.735×10 −2
1.408 0.301 4 6.768×10 −2
1.207 0.258 4 5.801×10 −2
1.006 0.215 3 4.834×10 −2
0.804 8 0.172 3 3.868×10 −2
0.603 6 0.129 2 2.901×10 −2
0.402 4 8.615×10 −2 1.934×10 −2
0.201 2 4.309×10 −2 9.674×10 −3
6.212×10 −6 2.608×10 −5 6.212×10 −6
（a）Z 向载荷组件 Mises 应力 （b）Z 向载荷屏栅 Mises 应力 （c）Z 向载荷加速栅 Mises 应力
变形位移/mm 变形位移/mm 变形位移/mm
3.267×10 −8 3.255×10 −8 4.023×10 −9
2.994×10 −8 2.983×10 −8 3.884×10 −9
2.722×10 −8 2.712×10 −8 3.744×10 −9
2.450×10 −8 2.441×10 −8 3.604×10 −9
2.178×10 −8 2.170×10 −8 3.465×10 −9
1.906×10 −8 1.898×10 −8 3.325×10 −9
1.633×10 −8 1.627×10 −8 3.186×10 −9
1.361×10 −8 1.356×10 −8 3.046×10 −9
1.089×10 −8 1.085×10 −8 2.906×10 −9
8.167×10 −9 8.136×10 −9 2.767×10 −9
5.444×10 −9 5.424×10 −9 2.627×10 −9
2.722×10 −9 2.712×10 −9 2.487×10 −9
0 0 2.348×10 −9
（d）Z 向载荷组件最大形变 （e）Z 向载荷屏栅最大形变 （f）Z 向载荷加速栅最大形变
图 5 随机振动下碳-碳栅极组件力学响应云图
Fig. 5 Mechanical response result of carbon-carbon grid components under random vibration

Mises 应力/MPa Mises 应力/MPa Mises 应力/MPa
（Avg: 75%） （Avg: 75%） （Avg: 75%）
4.033 2.140 1.275
3.697 1.961 1.168
3.361 1.783 1.062
3.020 1.605 0.956 1
2.689 1.427 0.849 9
2.353 1.249 0.743 8
2.016 1.070 0.637 6
1.680 0.892 1 0.531 4
1.344 0.713 9 0.425 2
1.008 0.535 7 0.319 1
0.672 2 0.357 5 0.212 9
0.336 1 0.179 3 0.106 7
2.279×10 −5 1.094×10 −3 5.630×10 −4
（a）Z 向载荷组件 Mises 应力 （b）Z 向载荷屏栅 Mises 应力 （c）Z 向载荷加速栅 Mises 应力
变形位移/mm 变形位移/mm 变形位移/mm
5.767×10 −3 5.767×10 −3 3.208×10 −3
5.286×10 −3 5.616×10 −3 3.125×10 −3
4.806×10 −3 5.465×10 −3 3.041×10 −3
4.325×10 −3 5.314×10 −3 2.957×10 −3
3.845×10 −3 5.163×10 −3 2.874×10 −3
3.364×10 −3 5.013×10 −3 2.790×10 −3
2.883×10 −3 4.862×10 −3 2.706×10 −3
2.403×10 −3 4.711×10 −3 2.623×10 −3
1.922×10 −3 4.560×10 −3 2.539×10 −3
1.442×10 −3 4.409×10 −3 2.455×10 −3
9.611×10 −4 4.258×10 −3 2.372×10 −3
4.806×10 −4 4.108×10 −3 2.288×10 −3
0 3.957×10 −3 2.204×10 −3
（d）Z 向载荷组件最大形变 （e）Z 向载荷屏栅最大形变 （f）Z 向载荷加速栅最大形变
图 6 冲击响应谱下碳-碳栅极屏栅与加速栅力学响应云图
Fig. 6 Mechanical response result of carbon-carbon grid components under impact response