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作者与机构
本研究的作者包括Xiaonan Han、Huabin Yu、Xiaogang Guo、Hao Zhou和Jili Rong。他们分别来自北京理工大学航空航天工程学院、北京理工大学先进结构技术研究所以及中国空间技术研究院北京空间飞行器系统工程研究所。该研究于2025年发表在《Aerospace Science and Technology》期刊上，文章编号为109786。
学术背景
该研究的主要科学领域是航空航天工程中的热变形问题，特别是针对非均匀温度场下近零翘曲夹层结构（near-zero warping sandwich structure）的热变形预测方法。在太空中，非均匀热环境会导致结构发生热变形，进而影响遥感卫星等航天器的成像精度。尽管已有大量研究关注在均匀温度场下表现出优异热性能的超结构（metastructure），但在非均匀温度场下的热变形预测仍是一个关键挑战。因此，本研究旨在建立一种高精度的热变形预测方法，以解决这一问题。
研究流程
1. 理论模型的建立
研究首先提出了一种适用于非均匀温度场下近零翘曲夹层结构的理论模型。该模型通过分析关键几何参数对热翘曲行为的影响，确定了在非均匀温度场下实现零热翘曲的结构配置。模型中，结构被分解为三个部分：下面板、中间晶格结构和上面板，并通过热平衡方程描述了各部分在温度变化下的热行为。
有限元分析
研究利用有限元分析（FEA）对典型超结构试样进行了模拟，预测其在非均匀温度场下的热变形行为。使用Abaqus软件对试样进行了热变形分析，结果表明，当下面板温度从20°C升至100°C时，上面板温度达到82.43°C，试样的热翘曲变形为107.05微米。
实验验证
研究通过实验验证了理论模型和有限元分析的结果。实验平台包括一个具有动态温度控制能力的变温箱和一个用于热变形测量的非接触式测量设备。实验结果显示，当下面板温度达到指定温度时，上面板温度为88.60°C，试样的热翘曲变形为85.76微米。实验结果与理论预测和有限元分析结果存在一定差异，但理论预测方法的准确性得到了验证。
基于CT扫描的高精度预测方法
为了更准确地预测热变形行为，研究提出了一种基于CT扫描和结构缺陷重建的高精度预测方法。通过CT扫描获取试样的切片图像，并利用这些图像重建了包含制造缺陷的三维数字模型。研究分析了制造缺陷对结构几何特征的影响，并将重建的几何参数重新代入理论模型，得到了更准确的热变形预测结果。结果显示，当下面板温度从20°C升至100°C时，上面板温度为88.27°C，热翘曲变形为88.47微米，与实验结果更为接近。
主要结果
1. 理论模型成功预测了非均匀温度场下近零翘曲夹层结构的热变形行为，为后续的有限元分析和实验验证提供了理论基础。 2. 有限元分析结果表明，试样的热翘曲变形为107.05微米，与理论预测值108.82微米接近。 3. 实验验证结果显示，试样的热翘曲变形为85.76微米，与理论预测和有限元分析结果存在一定差异，但验证了理论预测方法的有效性。 4. 基于CT扫描的高精度预测方法进一步提高了预测准确性，使理论预测结果与实验结果更为接近。
结论
本研究通过理论预测、有限元分析和实验验证，系统研究了非均匀温度场下近零翘曲夹层结构的热变形行为，并提出了一种基于CT扫描和结构缺陷重建的高精度预测方法。该方法在预测复杂结构的热变形行为方面具有重要应用价值，特别是在航天器核心设备（如光学相机或微波雷达）的热变形实时校正中具有潜在应用前景。
研究亮点
1. 提出了一种适用于非均匀温度场下近零翘曲夹层结构的热变形理论模型。 2. 开发了一种基于CT扫描和结构缺陷重建的高精度预测方法，显著提高了预测准确性。 3. 通过实验验证了理论模型和预测方法的有效性，为航天器热变形控制提供了重要参考。
其他有价值的内容
研究还分析了制造缺陷对结构几何特征的影响，并提出了通过重建几何参数来提高预测精度的方法。这一方法不仅适用于近零翘曲夹层结构，还可推广到其他复杂结构的热变形预测中。
以上是本文档的详细学术报告，涵盖了研究的背景、流程、结果、结论及其科学价值和应用价值。