點陣夾層板具有高比剛度、高比強度、隔熱、隔震、耐沖擊和可設計性強等特點，在高速飛行器熱防護結構等領域具有廣闊的應用前景。在極端的熱力環境條件下，輕質金屬點陣夾層板可能會依據載荷條件、結構尺寸、拓撲構型等出現不同的失效機理與失效模式，掌握其在熱力載荷下的失效行為對于航天熱結構輕量化設計具有重要意義。中國科學院力學研究所熱結構耦合力學課題組近年來在輕質金屬點陣夾層板熱結構失效行為的理論、分析與測試等方面取得了一系列研究進展。
熱屈曲是大面積金屬熱防護結構主要的失效形式之一。開展金屬夾層板熱屈曲試驗，熱-機械載荷的相互沖突是長期困擾研究者的一個難點，另外傳統的單點、接觸式測量方式對于高溫下的大面積夾層板也難以適用。課題組設計新型的夾層板熱屈曲實驗裝置，通過金屬夾層板與夾持裝置的熱膨脹系數差異來提供面內載荷，從而避免了熱-力邊界條件的相互沖突。將非接觸式光學測量方法3D-DIC引入到熱屈曲實驗中，全場實時測量獲得了金屬點陣夾層板熱后屈曲行為，發現了缺陷對夾層板屈曲變形行為的影響(W Yuan, H.W. Song, X. Wang, C.G. Huang. AIAA Journal, 2015, 53:948-957)。在理論方面，建立起均勻溫升條件下金屬點陣夾層板熱屈曲控制方程，通過對未知變量進行雙重傅里葉展開獲得了四邊固支條件下點陣夾層板的特征值方程，并分析了結構幾何參數對臨界屈曲溫度的影響規律(W Yuan, X. Wang, H.W. Song, C.G. Huang. Journal of Thermal Stresses, 2014, 37:1433-1448.)。進一步通過變分原理建立了均勻溫升條件下的四邊簡支點陣夾層板熱后屈曲大撓度控制方程，并以中心撓度作為小參量進行攝動展開得到了后屈曲平衡路徑，分析了結構參數對熱后屈曲行為的影響規律 (W Yuan, H.W. Song, C.G. Huang. Journal of Thermal Stresses, 2016, 39:156-159.) 。
在熱力載荷下，金屬點陣夾層板除了熱屈曲之外還存在面板屈曲、面板屈服、夾芯屈曲與夾芯屈服等多種復雜的失效模式，各種失效模式之間的競爭關系、發生的閾值與條件是值得深入研究的課題。通過理論分析建立了均勻溫升條件下不同邊界條件、熱加載條件和結構尺寸的金屬點陣夾層板失效圖譜，通過數值優化算法對輕質金屬點陣夾層板進行了優化設計，得到了滿足熱結構安全裕度條件下的最優輕量化結構參數(W Yuan, H.W. Song, X. Wang, C.G. Huang. International Journal of Mechanical Sciences, 2016, 115-116:56-67)。
制備過程中的初始缺陷或使用過程的局部損傷可能會對點陣夾層板的基本力學性能產生較大影響。課題組進一步對面內壓縮下的金屬點陣夾層板的缺陷敏感性進行了試驗研究和模型分析。研究表明，含缺陷的金屬點陣夾層板在面內載荷下的失效行為對缺陷的位置、排列與程度非常敏感：與加載方向平行及中心處的點陣胞元缺焊以及胞元缺失對點陣夾層板的臨界載荷影響較小；而與加載方向垂直的缺陷則顯著地降低了點陣夾層板的臨界載荷，隨著缺陷程度的增加，夾層板的失效模式從面板屈曲向局部屈服轉變 (W Yuan, H.W. Song, L.L. Lu, C.G. Huang. Composite Structures, 2016, 149:271-278)。
在自然科學基金重大研究計劃等的支持下，基于熱力失效行為的優化設計表明，點陣增強的方轉圓隔離段結構比傳統設計質量減輕了21%，同時最大離面熱變形降低了62%。課題組克服了大尺寸含冷卻通道的薄壁板件機加、點陣材料制備與高溫連接、異形非規則型面上點陣節點多次釬焊等困難，率先制備出了點陣增強的主動冷卻發動機壁板與隔離段樣件。