Protection of Materials and Structures from the Space Environment pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Kleiman, Jacob I. 编

出品人:

页数:478

译者:

出版时间:2006-9

价格:$ 224.87

装帧:HRD

isbn号码:9781402042812

丛书系列:

图书标签:

• Space environment
• Materials degradation
• Structures
• Corrosion
• Radiation effects
• Atomic oxygen
• Micrometeoroids
• Space debris
• Protective coatings
• Spacecraft materials

飞船材料与结构防护：从设计到实际应用的全面指南 书籍简介 本书旨在为航空航天工程师、材料科学家以及对空间环境效应感兴趣的研究人员提供一份详尽而实用的技术参考。它聚焦于现代航天器设计中至关重要的一个环节：如何确保飞行器及其内部系统的结构完整性与功能可靠性，免受严酷空间环境的侵害。 本书没有涵盖“Protection of Materials and Structures from the Space Environment”这一特定主题，而是将重点放在了材料选择的优化、结构设计的创新、以及地面测试与在轨验证的综合方法论上，这些共同构成了成功航天任务的基石。 第一部分：空间环境的复杂性与材料的响应机制 空间环境远非真空，它是一个由多重极端因素构成的复杂系统，对任何暴露在外的材料和结构都构成了持续的挑战。本部分将深入剖析这些关键因素，并探讨材料在这些因素作用下表现出的宏观与微观变化。 第一章：轨道环境参数的精确建模与分类 本章详细阐述了不同近地轨道（LEO）、中地球轨道（MEO）和地球静止轨道（GEO）的环境特征差异。重点讨论了： 原子氧（AO）侵蚀机理： 尤其在LEO，高速撞击的原子氧对聚合物和某些复合材料的表面氧化、质量损失和性能退化机制进行深入分析。引入了先进的化学动力学模型，用以预测不同轨道高度和太阳活动水平下的侵蚀速率。 高能粒子辐射场： 区分了质子、电子和重离子在不同辐射带（范艾伦带）中的能谱分布。探讨了辐射对半导体器件、光学元件和结构材料内部缺陷生成的影响，包括电荷积累与空间电荷诱导的故障模式。 热环境的极端波动： 分析了阳光直射与阴影交替导致的瞬时和周期性温度变化。讨论了热应力循环对疲劳寿命、粘合剂固化层和异种材料连接处的微裂纹扩展的影响。 第二章：工程材料在真空与温变下的性能演化 本章侧重于结构与功能材料在空间模拟条件下的实际表现。 真空下的材料脱气与表面污染： 阐述了有机材料在超高真空（UHV）环境中释放挥发性有机化合物（VOCs）的机理。重点分析了这些污染物如何冷凝到敏感的低温组件（如红外探测器或高精度光学镜片）表面，造成性能下降。介绍了TGA/DSC-FTIR等分析技术在评估材料适用性中的应用。 聚合物与复合材料的机械性能衰减： 探讨了辐射交联、脆化现象与热老化对纤维增强复合材料（FRC）层间剪切强度（ILSS）和层间脱粘的影响。对比了热固性树脂与新型热塑性树脂的耐受性差异。 金属与合金的热膨胀与蠕变： 分析了极端温差下多层结构的热应力累积。探讨了低膨胀系数材料（如Invar合金、特定陶瓷基体复合材料）在精密仪器支撑结构中的应用优势。 第二部分：结构设计与集成技术的优化策略 成功的设计不仅仅是选择正确的材料，更在于如何将这些材料以最高效、最可靠的方式整合到飞行器架构中。本部分聚焦于先进的结构设计方法论和关键连接技术。 第三章：轻量化与承力结构的热结构一体化设计 本章探讨了如何在减轻质量的同时，保证结构在高载荷和高热负荷下的稳定性。 拓扑优化与生成式设计在航天结构中的应用： 介绍了使用有限元分析（FEA）软件进行的先进拓扑优化流程，以确定应力分布最优的承力路径。重点讨论了如何将优化结果转化为可制造的增材制造（AM）结构。 热控系统与承力结构的协同设计： 阐述了主动与被动热控技术（如多层隔热毯MLI、热管、可变辐射率涂层）如何集成到主要承力框架中。分析了热桥效应的识别与消除技术，确保结构温度均匀性。 空间对接机构与分离系统的可靠性工程： 针对复杂的机械接口，讨论了在振动、冲击和热循环载荷下保持精确对中和锁紧力的设计要求，包括自适应锁紧机制的研究。 第四章：先进连接技术与异种材料界面管理 航天器往往是多种材料的复杂组合体，实现这些材料之间可靠、持久的连接是核心挑战。 高可靠性连接技术： 深入研究了扩散连接（Diffusion Bonding）、电阻焊（Resistance Welding）和爆炸焊接（Explosive Welding）在关键部位的应用。重点分析了这些过程对材料微观结构（如晶粒尺寸和相变）的潜在影响。 粘接界面的耐久性与界面分析： 探讨了环氧树脂、聚酰亚胺等高性能粘合剂的性能。详细介绍了表面预处理技术（如等离子体刻蚀、化学偶联剂）对提高界面剪切强度和抗湿热老化的作用。 可维修性与在轨装配接口设计： 针对未来深空任务的需求，讨论了模块化设计原则，以及如何设计易于在轨拆卸和更换的结构连接点，同时满足密封性和刚度要求。 第三部分：质量保证、地面测试与数据验证 航天任务的零容忍特性要求对每一个组件进行极其严格的验证。本部分关注如何通过模拟和测试来确保设计方案的有效性。 第五章：空间环境的地面模拟技术与标准 本章详细介绍了实验室条件下复现太空环境的技术手段和行业标准。 热真空（TVAC）测试的深度解析： 讲解了热真空试验舱的配置、辐射加热源的选择（如灯阵）以及如何准确模拟太阳热流和地球发射辐射。重点讨论了测试过程中关键参数的同步监测（如应变、温差和气体分压）。 粒子辐射加速器与剂量等效评估： 介绍了质子/电子束的能量标定、束流均匀性控制，以及如何利用快速损伤剂量方法（Fast Damage Degradation）来加速材料老化过程，预测长期在轨寿命。 原子氧的地面模拟装置： 阐述了等离子体发生器、射频（RF）耦合技术在产生高活性AO环境中的应用，以及如何通过质量损失测量（Weight Loss Measurement）和化学分析（XPS）来评估材料抗氧化性能。 第六章：无损检测（NDT）与结构健康监测（SHM） 保障结构在复杂载荷下不发生灾难性失效，依赖于先进的检测和实时反馈系统。 航天器专用无损检测技术： 讨论了超声波C扫描技术在检测复合材料内部的层间缺陷（如气泡、未固化区）中的应用。对比了基于X射线断层扫描（CT）和声发射（AE）技术在检测微裂纹萌生与扩展中的优势。 在轨结构健康监测系统（SHMS）的集成： 介绍了嵌入式传感器网络（如光纤布拉格光栅FBG、压电传感器PZT）的部署策略。重点分析了如何处理和过滤从轨传感器采集的海量数据，以区分环境载荷引起的正常波动与潜在的结构损伤信号。 寿命预测模型与剩余寿命评估： 结合测试数据与实时监测信息，介绍了概率性寿命预测模型（如Weibull分析、蒙特卡洛模拟），用于对关键结构部件的剩余安全裕度进行动态评估，为在轨维护提供决策支持。 本书全面覆盖了从材料科学基础到工程应用实践的多个维度，为读者提供了一个理解和解决航天器结构与材料可靠性挑战的系统性框架。

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