收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

热冲击条件下含表面裂纹的UHTC破坏行为研究

安晶  
【摘要】:超高温陶瓷材料(UHTC)具有高熔点、高热导率、高强度和化学稳定性,使其成为高温环境下和反应气氛环境中的导弹和高超声速飞行器最具前景的候选材料之一,具有在如超声速飞行,重返大气层及火箭推进等极端环境下服役的潜力,能够应用于包括飞行器鼻锥、机翼前缘、发动机热端等各种关键部位和部件。然而,在制备、加工、装配过程中会在材料表面和内部形成缺陷,主要以表面裂纹的形式出现,将直接影响材料的应用范围和可靠性,研究表面裂纹对材料性能的影响,尤其是对材料抗热冲击性能,热冲击损伤行为的影响具有重要的意义。基于此,本文围绕含有表面裂纹的ZrB2+20%SiC+10%AlN(ZS10A),研究其热冲击损伤行为的影响因素及损伤机制,主要从以下几个方面进行: 搭建UHTC局部快速升温试验平台,实现简单易行的材料局部快速热冲击方法。利用该设备对含表面裂纹缺陷的ZrB2+20%SiC+10%AlN超高温陶瓷材料进行局部热冲击试验。结果表明:在快速热冲击条件下,热冲击失效行为与升温速率有关,通过改变输入电流以获得不同的升温速率200℃/s ,500℃/s,800℃/s,得到临界破坏点温度与升温速率之间的线性关系;通过Abaqus有限元软件模拟分析,得到热冲击过程中试样的温度场及应力场分布,进一步分析试样失效机制,为在实际应用中材料性能的评估提供了依据。 UHTC的热冲击损伤行为主要通过表面裂纹扩展程度和热冲击后剩余强度两个方面衡量。因此选用Vickers硬度仪预制表面裂纹表征材料表面缺陷,采用淬火法模拟瞬态热冲击过程,通过比较热冲击前后表面裂纹长度变化趋势、淬火-弯曲试验后材料剩余强度两方面表征热冲击损伤行为,主要从UHTC材料尺寸效应和热冲击环境参数两个方面研究影响UHTC热冲击损伤和抗热冲击性能的因素及规律。试验结果表明,裂纹扩展趋势随着试样厚度,初始裂纹长度的增加而增加,淬火温差,不同温度下重复淬火及同一温度循环淬火都将影响裂纹扩展趋势。材料临界淬火温差、剩余强度随着试样厚度,初始裂纹长度的增加而减小,揭示了材料热冲击损伤行为的影响因素。 根据经典热传导方程,建立淬火过程准静态热应力模型,同时考虑应变速率对热冲击过程中热应力的影响,建立淬火动态热应力模型。针对表面裂纹特性,引入表面半椭圆形裂纹模型,结合动态热应力模型,得到动态热应力裂纹强度因子计算公式。针对ZrB2+20%SiC+10%AlN材料,进行淬火动态热应力、动态热应力强度因子以及应用包络线法计算裂纹扩展阻力。根据计算结果,淬火过程中的动态热应力远大于准静态热应力,因此淬火过程中需要考虑动态热应力的影响;应力强度因子为裂纹扩展提供趋动力,判断其与裂纹扩展阻力的关系是预测裂纹是否扩展的关键,计算结果与试验结果基本吻合,同时考虑材料的尺寸效应,通过计算得出试样厚度与裂纹扩展的关系,用于预测材料热冲击损伤行为。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李明田;李术才;张敦福;杨磊;邵东亮;;类岩石材料表面裂纹复合型断裂准则探讨[J];岩石力学与工程学报;2011年S1期
2 李兆锋;江楠;;压力容器表面裂纹断裂参数的有限元计算与分析[J];工业安全与环保;2011年09期
3 李世愚;和泰名;滕春凯;郑需要;V.Kuksenko;李世愚;;三维初始破裂的理论与实验研究及其在解释断层现象中的意义[J];世界地震译丛;2011年02期
4 孙海洋;梁北平;;清水混凝土施工工艺控制要点及常见质量缺陷监控对策的论述[J];黑龙江科技信息;2011年15期
5 王建光;;天然气输气管道轴向裂纹失效评估[J];中国科技信息;2011年15期
6 王俊杰;;火灾后混凝土结构的检测及评估技术研究[J];科技资讯;2011年15期
7 ;[J];;年期
8 ;[J];;年期
9 ;[J];;年期
10 ;[J];;年期
11 ;[J];;年期
12 ;[J];;年期
13 ;[J];;年期
14 ;[J];;年期
15 ;[J];;年期
16 ;[J];;年期
17 ;[J];;年期
18 ;[J];;年期
19 ;[J];;年期
20 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王俊;于勇;姜瑞涉;;鸡蛋蛋壳裂纹敲击响应特性分析[A];中国农业机械学会成立40周年庆典暨2003年学术年会论文集[C];2003年
2 朱衍勇;董毅;司红;徐荣军;;用SEM分析中厚钢板表面裂纹的成因[A];第十一次全国电子显微学会议论文集[C];2000年
3 霍广堂;;铸锻件表面裂纹测深试验[A];陕西省第九届无损检测年会陕西省机械工程学会无损检测分会论文集[C];2004年
4 刘宇;赵福令;王津;;微细电火花加工表面裂纹的研究[A];第13届全国特种加工学术会议论文集[C];2009年
5 王世俊;郭甲男;周云;何烈云;王一海;;南钢热轧中厚板表面裂纹缺陷分析[A];第七届(2009)中国钢铁年会大会论文集(中)[C];2009年
6 叶和清;王忠柯;许德胜;黄素逸;;零件表面裂纹激光修复的组织结构研究[A];湖北省激光学会论文集[C];2000年
7 果立成;NODA N;吴林志;;热载荷下具有任意属性功能梯度板的表面裂纹问题研究[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
8 李秀清;栾文林;;36级船板钢表面裂纹研究[A];2009年全国中厚板生产技术研讨会论文集[C];2009年
9 李秀清;栾文林;;36级船板钢表面裂纹研究[A];2009年河北省轧钢技术与学术年会论文集(上)[C];2009年
10 高怡斐;吴巧天;;18Ni马氏体时效钢基体及氩弧焊焊接接头的表面裂纹断裂韧度K_(Ie)试验分析[A];第五届全国MTS材料试验学术会议论文集[C];2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 樊学军;热冲击破坏分析[D];清华大学;1989年
2 李其;抽油杆表面裂纹及剩余寿命的可靠性研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
3 陈伟;H型钢异型坯表面裂纹和洁净度控制研究[D];燕山大学;2009年
4 邱保文;X80管线钢韧性断裂研究与有限元模拟[D];武汉科技大学;2010年
5 刘艳萍;焊接桥梁钢疲劳裂纹扩展行为研究[D];华中科技大学;2010年
6 何书韬;海洋平台裂纹损伤柱壳的断裂特性及其承载能力研究[D];华中科技大学;2011年
7 李东;固体推进剂药柱表面裂纹动态力学特性研究[D];南京理工大学;2008年
8 刘国仟;ZrB_2-SiC基超高温陶瓷材料热冲击失效行为的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 陈景杰;含裂纹损伤船体结构强度分析方法研究[D];大连理工大学;2011年
10 邓彩艳;焊接压力管道“先漏后断”评定理论及应用研究[D];天津大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 安晶;热冲击条件下含表面裂纹的UHTC破坏行为研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 赵永飞;刹车片表面裂纹与性能的研究[D];华东理工大学;2012年
3 闫励;含表面裂纹某航空构件在复合加载下的三维损伤容限研究[D];南京航空航天大学;2010年
4 彭俊;光滑弯管环向内表面裂纹的断裂参数及安全评定研究[D];大连理工大学;2011年
5 潘琦;表面裂纹对铁路货车轴承性能的影响[D];西南交通大学;2012年
6 王永伟;结构疲劳裂纹扩展的数值模拟[D];大连理工大学;2006年
7 姜广森;连铸板坯表面质量预报专家系统的研究[D];武汉科技大学;2005年
8 王宏波;门座起重机支撑圆筒的故障诊断及基于MSC.Fatigue的门架结构疲劳有限元分析[D];武汉科技大学;2005年
9 曹国俊;光滑弯管沿轴向内表面裂纹弹塑性有限元分析[D];大连理工大学;2006年
10 肖新科;半球形表面缺陷影响下表面裂纹应力强度因子的数值分析[D];哈尔滨工业大学;2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 吴小兰;带钢表面裂纹自动检测装置[N];世界金属导报;2001年
2 袁少威;南阳汉冶特钢成功解决加硼钢板表面裂纹瓶颈[N];世界金属导报;2010年
3 晓之;激光打标新技术提高玻璃质量[N];中国包装报;2008年
4 ;本钢FTSC薄板坯连铸设备技术先进 品种范围广 产品附加值高[N];世界金属导报;2006年
5 李光玉;安钢攻克中板板坯热送热装表面热裂纹难关[N];世界金属导报;2006年
6 喻承欢 关开明 骆忠汉 徐静波 吴永生 李风喜;武钢二炼钢 含Nb钢连铸表面质量的改进[N];世界金属导报;2002年
7 吕雪莉 陈俊;中外专家相聚兰州“会诊”青藏铁路冻土[N];科技日报;2006年
8 ;薄板坯连铸机技术要求和解决方案[N];世界金属导报;2008年
9 刘振海;石钢开展质量攻关体现质量效益[N];世界金属导报;2006年
10 苏世怀 孙维 吴结才 程鼎 汪开忠;马钢高效节材型结构用H型钢生产技术开发[N];世界金属导报;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978