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《中国建筑材料科学研究总院》 2018年
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基于相对法技术评价工程材料高温与超高温弹性模量

聂光临  
【摘要】:工程材料广泛应用于建筑工程、航空航天、交通运输、机械制造、能源化工等领域,均涉及到材料在高温与超高温(HTUHT)环境下的服役,弹性模量是重要的力学性能参数之一,准确地测试评价工程材料的HTUHT弹性模量对高温材料的研制、高温构件的经济合理设计与安全服役至关重要。然而,在材料HTUHT弹性模量测试技术研究领域,仍存在一些亟待解决的问题,例如:尚未建立块体材料、厚壁管材与涂层材料HTUHT弹性模量的测试评价技术。本文基于相对法技术和材料力学理论,针对以上三种材料制品形式,提出了HTUHT弹性模量测试方法,并基于此研究了一些典型工程材料弹性模量—温度的演变规律及其变化机制。首先,本文利用相对法技术实现了块体材料HTUHT变形的准确测量,继而实现了块体材料HTUHT模量的测试评价。i)结合三点弯曲试验与四点弯曲试验,提出了相对三点弯曲法与相对四点弯曲法(统称为挠度修正法),即将去除下支承辊的梁试样作为参比试样,利用参比试样的横梁位移增量扣除试验机的系统误差,然后通过弯曲试样与参比试样的横梁位移间接测得梁试样的真实挠度变形,代入所推导的计算公式可得梁试样的HTUHT弹性模量。氧化铝陶瓷室温~1300°C弹性模量测试结果表明,脉冲激励技术(IET)与挠度修正法测得的弹性模量—温度变化曲线基本一致;且IET测试结果较挠度修正法测试结果略大(符合文献报道),由此证明了挠度修正法的正确性与可靠性。利用相对三点弯曲法对C/C复合材料室温~1700°C弹性模量的演变规律进行了研究,表明了相对三点弯曲法的易行性与有效性。ii)结合压缩试验,提出了相对压缩法,通过高温压缩试验与高温参比试验的横梁位移增量间接测得块体试样的高温压缩变形,继而可得其高温压缩模量。室温下利用电感量仪测得的多孔刚玉—莫来石质耐火材料压缩模量与相对压缩法的测试结果相近,二者仅相差2.57%,由此证明了相对压缩法的正确性与可靠性。继而利用了相对压缩法测得了多孔刚玉—莫来石质耐火材料室温~1300°C压缩模量。其次,针对厚壁管材HTUHT弹性模量的测试技术难题,本文将径向力与切向力对管材试样变形能的影响考虑在内,基于曲杆分析法,提出了适用范围更广的广义缺口环法与广义闭口环法。分别利用三点弯曲法、缺口环法与广义缺口环法、闭口环法与广义闭口环法测得了同一批次石英玻璃梁试样与管材试样的弹性模量与弯曲强度,测试结果表明:i)对于缺口环压缩试验,测试弹性模量时,在r/R0.55(r为内半径,R为外半径)的范围内,缺口环法与广义缺口环法测得的模量值相近;而当r/R≤0.55,须利用广义缺口环法的测试环试样的弹性模量;测试弯曲强度时,当r/R≤0.75,广义缺口环法测得的弯曲强度更加准确(与三点弯曲法测试结果更相近)。ii)闭口环压缩试验测试弹性模量时,当r/R≤0.75,广义闭口环法的模量测试值更准确;测试弯曲强度时,当r/R≤0.70,广义闭口环法测试结果更准确。利用广义缺口环法、广义闭口环法、三点弯曲法分别测得了水泥砂浆梁试样与管材试样室温弹性模量与弯曲强度,试验结果表明三者测试结果相近,由此证明了广义缺口环法与广义闭口环法测试管材试样力学性能的准确性与可靠性。进一步结合了相对法技术,提出广义缺口环相对法与广义闭口环相对法,实现了管材HTUHT弹性模量测量。试验测得了水泥砂浆环试样-70~800°C弹性模量、石英玻璃室温~1200°C弹性模量与石墨环试样室温~2100°C弹性模量,测试结果表明了广义缺口环相对法、广义闭口环相对法测试管材HTUHT弹性模量的正确性与良好的可操作性。最后,提出了分别适用于梁试样表面(单面、双面)涂层与管材表面(外侧、内侧、两侧)涂层HTUHT弹性模量测试评价的三点弯二次相对法与缺口环二次相对法。分别利用三点弯二次相对法与缺口环二次相对法测得了石墨基体梁/环试样表面化学气相沉积碳化硅(CVD-SiC)涂层室温~2100°C弹性模量,二种测试方法测得的CVD-SiC涂层模量值相近,二者互相证明了二次相对法测试涂层HTUHT弹性模量的正确性与有效性。室温下利用电感量仪与二次相对法测得的涂层弹性模量相近,由此也证明了二次相对法的正确性与可靠性。本文提出的二次相对法原位(涂层粘结于基体)测得的涂层模量是涂层真实、整体的弹性模量,是根据材料的宏观力学响应参数测得的,不同于压痕法测得的局部模量和剥离后涂层的弹性模量;且测试精度取决于试验机横梁位移,不受测试环境温度的限制,可应用于HTUHT环境条件下。试验测得了8YSZ热障涂层室温~800°C弹性模量、CVD-SiC涂层室温~2100°C弹性模量,并对其模量—温度演化规律及变化机制进行了研究分析。此外,针对管材三种涂层结构形式,提出了管材涂层弯曲强度的测试方法,即缺口环法测试外侧涂层弯曲强度;闭口环法测试内侧涂层弯曲强度;缺口环法/闭口环法测试两侧涂层弯曲强度。利用三点弯曲法结合相对法技术对石墨基体梁试样表面CVD-SiC涂层的弯曲强度进行测试,同时利用本研究所提出的方法测得了石墨基体环试样表面同种CVD-SiC涂层的弯曲强度。试验测得的管材涂层弯曲强度与梁试样表面涂层弯曲强度基本相近,由此即可证明管材涂层弯曲强度测试方法的正确性与可靠性。
【学位授予单位】:中国建筑材料科学研究总院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TB30

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 亚森·肉孜;陈光亮;;低温环境对混凝土抗压特性的影响[J];湖南交通科技;2015年03期
2 陈波;蔡跃波;丁建彤;张文潇;;基于温度-应力试验的早龄期混凝土弹性模量量测[J];建筑材料学报;2016年04期
3 刘钊;包亦望;魏晨光;万德田;;校正缺口环法评价石英玻璃管的高温弹性模量[J];无机材料学报;2015年08期
4 包亦望;万德田;;结构陶瓷特殊条件下力学性能评价的新技术与技巧[J];科学通报;2015年03期
5 傅博;杨长辉;叶剑雄;曹集舒;程臻赟;韩静云;;高温对碱-粉煤灰-矿渣水泥石微结构及力学性能的影响[J];建筑材料学报;2014年06期
6 况学成;张明珠;殷敏;;碱土金属的含量对釉面质量的影响[J];陶瓷学报;2014年05期
7 张楠;廖娟;戢文占;王宝华;张东华;李艳稳;;混凝土低温力学性能及试验方法[J];硅酸盐学报;2014年11期
8 万德田;包亦望;刘小根;田远;;玻璃材料的弹性模量评价技术和影响因素分析[J];门窗;2012年08期
9 ;Surface Top Graphology,Corrosion and Microhardness of Oxygen Diffusion Hardened Pure Titanium Alloy TA4 after Laser Surface Melting[J];稀有金属材料与工程;2011年S4期
10 李永刚;娄海琴;谭丽华;余成林;李晓睿;;脉冲激振式耐火材料高温弹性模量测试仪及其应用[J];耐火材料;2011年04期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 魏晨光;陶瓷涂层物理性能评价的相对法模型及验证[D];中国建筑材料科学研究总院;2015年
2 李中秋;ZrO_2/LaPO_4复相陶瓷的抗热震性能研究[D];天津大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 刘钊;基于缺口环法和相对法评价材料在特殊条件下的弹性模量[D];中国建筑材料科学研究总院;2016年
2 王伟;数字图像相关方法在热结构材料高温变形测试中的应用[D];哈尔滨工业大学;2014年
3 熊夏华;新型锅炉耐热不锈钢Super304H的抗晶间腐蚀性能研究[D];华南理工大学;2013年
4 关敬涛;涡轮叶片温度信号特征提取方法研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
5 卜晓雪;相对法及其在脆性材料力学性能评价中的应用[D];中国建筑材料科学研究总院;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱涵;刘昂;于泳;;低温下玄武岩纤维混凝土的抗冲击性能[J];材料科学与工程学报;2018年04期
2 金明芳;何峰;刘锡宇;张卓恒;何怡君;谢峻林;张树岩;;第二步离子交换工艺对钠铝硅系玻璃性能的影响[J];人工晶体学报;2018年07期
3 聂光临;包亦望;万德田;田远;;水泥基管材力学性能评价方法[J];材料导报;2018年12期
4 代金鹏;王起才;屈伸;段运;谢智刚;;基于成熟度理论的低温养护混凝土强度预测模型[J];材料科学与工程学报;2018年02期
5 周媛;;1250~1300℃温度下裂纹釉的残余应力变化有限元分析[J];科技通报;2018年02期
6 乔勇;何峰;张卓恒;刘锡宇;马强;谢峻林;;K_2SiO_3对钠铝硅系化学钢化玻璃性能的影响[J];玻璃;2018年02期
7 法文君;卢强;吴亚娟;朱聪旭;冯铭华;李应洲;亓会锁;;纳米SiO_2在钧瓷釉料中的应用及对釉料性质的影响[J];人工晶体学报;2017年11期
8 包亦望;聂光临;万德田;;相对法及特殊条件下陶瓷材料力学性能评价[J];硅酸盐学报;2017年08期
9 薛刚;许胜;武春风;;不同水胶比的橡胶混凝土低温力学性能试验研究[J];硅酸盐通报;2017年06期
10 刘征;张东光;张克;张秦;陈涛;刘杰萍;;锚栓低温安装与高温受火后抗拉性能研究[J];建筑结构;2017年04期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 聂光临;基于相对法技术评价工程材料高温与超高温弹性模量[D];中国建筑材料科学研究总院;2018年
2 刘子峰;基于表层复合法的氧化铝陶瓷表面生长模式及性能研究[D];中国海洋大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 高秀敏;基于拟涂层法评价无机非金属材料表层的力学性能[D];中国建筑材料科学研究总院;2018年
2 洪嘉;几种热喷涂涂层在模拟烟气/煤灰环境中的腐蚀行为研究[D];南昌航空大学;2018年
3 马德隆;相对法评价陶瓷涂层残余应力与界面结合强度[D];中国建筑材料科学研究总院;2017年
4 梁文国;基于光纤光栅的高温结构应变测试方法研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
5 肖林斌;Cu/WC叠层功能梯度材料高温断裂韧性的实验研究[D];昆明理工大学;2017年
6 武天洋;新型奥氏体不锈钢的热加工工艺研究[D];大连理工大学;2017年
7 张盼;基于视频图像边缘检测技术的两跨连续梁振动研究[D];广州大学;2016年
8 刘钊;基于缺口环法和相对法评价材料在特殊条件下的弹性模量[D];中国建筑材料科学研究总院;2016年
9 杨娇;热障涂层高温CMAS腐蚀应变场的DIC表征与分析[D];湘潭大学;2016年
10 崔宗会;基于相关系数加权拟合求解亚像素位移数字图像相关算法研究[D];中国科学技术大学;2016年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 包亦望;万德田;;结构陶瓷特殊条件下力学性能评价的新技术与技巧[J];科学通报;2015年03期
2 陈波;孙伟;丁建彤;;温度-应力试验方法的建立[J];混凝土;2013年10期
3 陈波;孙伟;丁建彤;;基于温度–应力试验的混凝土抗裂性研究进展[J];硅酸盐学报;2013年08期
4 任强;杨元东;陈娟妮;孙志雄;;无铅透明熔块釉的研究进展[J];陶瓷学报;2013年02期
5 罗旋;田军;吴伟国;;某特大桥桥墩墩身火灾后安全性评定及修复[J];公路工程;2013年01期
6 仇中军;伊萍;卢翠;房丰洲;;石英玻璃表面改性后的力学特性分析[J];材料科学与工程学报;2013年01期
7 李其江;张茂林;吴军明;吴隽;郑乃章;;明清以来景德镇陶瓷施釉工艺的演变研究[J];陶瓷学报;2012年03期
8 李莉;张培志;;釉面针孔缺陷的形成机理研究[J];陶瓷;2012年06期
9 冯云松;李晓霞;;基于ANSYS的脉冲激光辐照石英玻璃的温度场数值模拟[J];物理实验;2012年02期
10 杨齐红;;双层反应釉陶瓷产品烧成制度研究[J];佛山陶瓷;2011年04期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 刘小根;玻璃幕墙安全性能评估及其面板失效检测技术[D];中国建筑材料科学研究总院;2010年
2 李嘉;铁铝金属间化合物—四方氧化锆陶瓷基复合材料的研究[D];山东大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈振英;基于数字图像相关法的应变测量研究[D];上海交通大学;2013年
2 周晓峰;基于散斑数字图像相关的平面全场应变测量方法及应用[D];华南理工大学;2012年
3 迟重然;气冷涡轮叶片的传热设计[D];哈尔滨工业大学;2011年
4 白晓虹;数字图像相关(DIC)测量方法在材料变形研究中的应用[D];东北大学;2011年
5 王娜;基于虚拟仪器的水力机组运行实时监测系统研究[D];河北工程大学;2010年
6 王翔;高速高温数字图像相关方法及热冲击实验研究[D];清华大学;2010年
7 车小飞;基于远程网络的虚拟仪器软件设计应用与研究[D];电子科技大学;2009年
8 黄荣华;虚拟数字示波器的设计[D];吉林大学;2009年
9 杜婷;时效和蠕变对预变形SUPER304H奥氏体不锈钢析出行为和晶间腐蚀性能的影响[D];西安理工大学;2009年
10 边娜;晶间腐蚀定量化表示方法研究[D];华北电力大学(河北);2008年
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