超高溫材料力學(xué)

前言
第1章 緒論 1
1.1 高溫材料的特性 1
1.2 高溫材料力學(xué)的研究背景 2
1.2.1 超高溫陶瓷材料研究概況 2
1.2.2 超高溫陶瓷基復(fù)合材料研究概況 3
1.2.3 高溫點(diǎn)陣材料研究概況 5
1.3 本書的結(jié)構(gòu)與內(nèi)容安排 7
參考文獻(xiàn) 7
第2章 超高溫材料的熱力耦合本構(gòu)關(guān)系 11
2.1 C/SiC復(fù)合材料高溫非線性行為物理機(jī)制 11
2.1.1 微裂紋擴(kuò)展與拉壓異性 11
2.1.2 高溫對(duì)非線性行為的影響 14
2.2 C/SiC復(fù)合材料熱力耦合本構(gòu)關(guān)系框架 16
2.2.1 塑性屈服函數(shù) 16
2.2.2 一般性增量型本構(gòu)關(guān)系框架 17
2.3 溫度效應(yīng)的引入 18
2.4 本構(gòu)關(guān)系參數(shù)的確定 20
2.5 理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比 24
2.6 本章小結(jié) 26
參考文獻(xiàn) 26
第3章 超高溫陶瓷材料溫度相關(guān)性斷裂強(qiáng)度理論表征模型 28
3.1 超高溫陶瓷材料溫度相關(guān)性斷裂強(qiáng)度模型 29
3.1.1 建模思想 29
3.1.2 理論模型 29
3.1.3 理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比 31
3.2 單晶超高溫陶瓷材料溫度相關(guān)性理想拉伸強(qiáng)度模型 32
3.2.1 單晶材料的失效模式 32
3.2.2 理論模型 34
3.2.3 理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比 46
3.3 超高溫陶瓷材料熱-損傷斷裂強(qiáng)度模型 54
3.3.1 理論模型 54
3.3.2 理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比 58
3.3.3 裂紋形狀及尺寸對(duì)高溫?cái)嗔褟?qiáng)度的影響 59
3.3.4 楊氏模量對(duì)高溫?cái)嗔褟?qiáng)度的影響 61
3.4 本章小結(jié) 61
參考文獻(xiàn) 62
第4章 超高溫陶瓷基復(fù)合材料高溫?cái)嗔褟?qiáng)度理論表征模型 65
4.1 顆粒增強(qiáng)超高溫陶瓷基復(fù)合材料 65
4.1.1 溫度相關(guān)性斷裂強(qiáng)度模型 65
4.1.2 高溫氧化過(guò)程中碳化硅耗盡層斷裂強(qiáng)度理論表征 92
4.2 纖維增強(qiáng)超高溫陶瓷基復(fù)合材料 102
4.2.1 溫度相關(guān)性斷裂強(qiáng)度模型 103
4.2.2 理論與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比 106
4.3 層狀增強(qiáng)超高溫陶瓷基復(fù)合材料 108
4.3.1 溫度相關(guān)性斷裂強(qiáng)度模型 109
4.3.2 理論計(jì)算結(jié)果與分析 111
4.4 本章小結(jié) 114
參考文獻(xiàn) 114
第5章 陶瓷材料的抗熱震性能 118
5.1 降溫?zé)釠_擊環(huán)境下抗熱震性能 119
5.1.1 理論模型 119
5.1.2 結(jié)果與討論 121
5.2 升溫?zé)釠_擊環(huán)境下抗熱震性能 127
5.2.1 理論模型 127
5.2.2 結(jié)果與討論 127
5.3 主動(dòng)冷卻情形下抗熱震性能 133
5.3.1 理論模型 134
5.3.2 結(jié)果與討論 135
5.4 氣動(dòng)熱環(huán)境下抗熱震性能 139
5.4.1 理論模型 139
5.4.2 數(shù)值模擬 144
5.4.3 結(jié)果與討論 147
5.5 對(duì)流熱環(huán)境下抗熱震性能 151
5.5.1 理論模型 151
5.5.2 數(shù)值模擬 153
5.5.3 結(jié)果與討論 154
5.6 熱防護(hù)系統(tǒng)的抗熱震性能 158
5.6.1 分析模型 159
5.6.2 結(jié)果與討論 162
5.7 抗熱震性能的影響因素分析 167
5.7.1 損傷形式的影響 167
5.7.2 約束方式的影響 170
5.7.3 面內(nèi)幾何形狀的影響 175
5.7.4 試件進(jìn)入冷卻介質(zhì)姿勢(shì)的影響 179
5.7.5 冷卻介質(zhì)溫度的影響 183
5.7.6 機(jī)械沖擊的影響 187
5.8 本章小結(jié) 192
參考文獻(xiàn) 192
第6章 高溫層狀及涂層材料的高溫力學(xué)行為 195
6.1 高溫層狀及涂層材料高溫壓痕測(cè)試表征方法 196
6.1.1 高溫壓痕pile-up行為研究與表征 196
6.1.2 高溫材料氧化層性能壓痕測(cè)試與表征 205
6.2 高溫層狀及涂層材料斷裂性能與內(nèi)部應(yīng)力測(cè)試與表征 215
6.2.1 理論基礎(chǔ)的介紹 215
6.2.2 超高溫陶瓷材料氧化層內(nèi)部應(yīng)力測(cè)試與表征 216
6.2.3 高溫環(huán)境下熱障涂層斷裂性能及內(nèi)部應(yīng)力測(cè)試與表征 222
6.3 本章小結(jié) 226
參考文獻(xiàn) 226
第7章 熱防護(hù)材料的熱力氧耦合計(jì)算力學(xué) 229
7.1 高溫氧化行為的相場(chǎng)計(jì)算方法 230
7.1.1 相場(chǎng)計(jì)算方法 230
7.1.2 高溫金屬及合金的高溫氧化計(jì)算 238
7.1.3 單向C/SiC復(fù)合材料的高溫氧化計(jì)算 246
7.2 高溫氧化動(dòng)力學(xué)理論 260
7.2.1 考慮氧化體積變化和界面曲率的氧化動(dòng)力學(xué)模型 261
7.2.2 氧化生長(zhǎng)應(yīng)力對(duì)氧化速率的影響 265
7.2.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及討論 268
7.2.4 波浪形氧化界面的演化 271
7.3 高溫氧化與斷裂的相互作用 275
7.3.1 氧化斷裂理論模型 275
7.3.2 裂紋尖端附近的氧化行為 281
7.3.3 氧化對(duì)裂紋尖端彈性場(chǎng)的影響 285
7.4 本章小結(jié) 288
參考文獻(xiàn) 289
第8章 超高溫實(shí)驗(yàn)力學(xué)測(cè)試技術(shù)與儀器 291
8.1 先進(jìn)材料超高溫拉/壓/彎/剪力學(xué)性能測(cè)試 292
8.1.1 超高溫發(fā)熱體和夾具制備技術(shù) 292
8.1.2 材料超高溫力學(xué)性能測(cè)試技術(shù) 294
8.1.3 材料超高溫力學(xué)性能測(cè)試儀器 299
8.1.4 先進(jìn)材料超高溫力學(xué)性能試驗(yàn)研究 305
8.2 高溫壓痕測(cè)試技術(shù)與儀器研發(fā) 314
8.2.1 高溫壓痕測(cè)試儀器關(guān)鍵技術(shù)方案設(shè)計(jì)及驗(yàn)證 315
8.2.2 高溫壓痕測(cè)試儀器研發(fā)與調(diào)試校準(zhǔn) 324
8.2.3 基于高溫壓痕技術(shù)的熱障涂層高溫力學(xué)性能測(cè)試 331
8.3 基于原位加載CT的材料力學(xué)行為評(píng)價(jià)技術(shù)與儀器 334
8.3.1 多場(chǎng)原位微焦點(diǎn)CT與工業(yè)DR/CT系統(tǒng) 334
8.3.2 結(jié)構(gòu)與材料微結(jié)構(gòu)及損傷演化原位表征與評(píng)價(jià) 339
8.4 本章小結(jié) 350
參考文獻(xiàn) 351
第9章 高溫點(diǎn)陣熱防護(hù)結(jié)構(gòu)功能一體化設(shè)計(jì)與表征 355
9.1 ZrO2高溫陶瓷波紋結(jié)構(gòu) 359
9.1.1 設(shè)計(jì)與制備 359
9.1.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試 361
9.1.3 理論表征 362
9.2 ZrB2-SiC-G超高溫陶瓷波紋結(jié)構(gòu) 367
9.2.1 設(shè)計(jì)與制備 367
9.2.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試 368
9.2.3 數(shù)值模擬 370
9.3 C/SiC陶瓷基復(fù)合材料高溫點(diǎn)陣結(jié)構(gòu) 371
9.3.1 設(shè)計(jì)與制備 371
9.3.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試 372
9.3.3 理論表征與數(shù)值模擬 373
9.4 C/SiC陶瓷基復(fù)合材料高溫點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的防隔熱性能 378
9.4.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試 378
9.4.2 等效熱導(dǎo)率理論模型 381
9.4.3 數(shù)值模擬 382
9.4.4 分析與討論 388
9.5 基于C/SiC陶瓷基復(fù)合材料高溫點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的熱防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 392
9.5.1 集成式熱防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 392
9.5.2 熱防護(hù)系統(tǒng)的傳熱特性 394
9.5.3 熱防護(hù)系統(tǒng)的力學(xué)性能 397
9.6 本章小結(jié) 399
參考文獻(xiàn) 400