超高溫材料力學

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 超高溫陶瓷基復合材料研究概況 3
1.2.3 高溫點陣材料研究概況 5
1.3 本書的結構與內容安排 7
參考文獻 7
第2章 超高溫材料的熱力耦合本構關系 11
2.1 C/SiC復合材料高溫非線性行為物理機制 11
2.1.1 微裂紋擴展與拉壓異性 11
2.1.2 高溫對非線性行為的影響 14
2.2 C/SiC復合材料熱力耦合本構關系框架 16
2.2.1 塑性屈服函數(shù) 16
2.2.2 一般性增量型本構關系框架 17
2.3 溫度效應的引入 18
2.4 本構關系參數(shù)的確定 20
2.5 理論與實驗結果對比 24
2.6 本章小結 26
參考文獻 26
第3章 超高溫陶瓷材料溫度相關性斷裂強度理論表征模型 28
3.1 超高溫陶瓷材料溫度相關性斷裂強度模型 29
3.1.1 建模思想 29
3.1.2 理論模型 29
3.1.3 理論與實驗結果對比 31
3.2 單晶超高溫陶瓷材料溫度相關性理想拉伸強度模型 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 理論與實驗結果對比 46
3.3 超高溫陶瓷材料熱-損傷斷裂強度模型 54
3.3.1 理論模型 54
3.3.2 理論與實驗結果對比 58
3.3.3 裂紋形狀及尺寸對高溫斷裂強度的影響 59
3.3.4 楊氏模量對高溫斷裂強度的影響 61
3.4 本章小結 61
參考文獻 62
第4章 超高溫陶瓷基復合材料高溫斷裂強度理論表征模型 65
4.1 顆粒增強超高溫陶瓷基復合材料 65
4.1.1 溫度相關性斷裂強度模型 65
4.1.2 高溫氧化過程中碳化硅耗盡層斷裂強度理論表征 92
4.2 纖維增強超高溫陶瓷基復合材料 102
4.2.1 溫度相關性斷裂強度模型 103
4.2.2 理論與試驗結果對比 106
4.3 層狀增強超高溫陶瓷基復合材料 108
4.3.1 溫度相關性斷裂強度模型 109
4.3.2 理論計算結果與分析 111
4.4 本章小結 114
參考文獻 114
第5章 陶瓷材料的抗熱震性能 118
5.1 降溫熱沖擊環(huán)境下抗熱震性能 119
5.1.1 理論模型 119
5.1.2 結果與討論 121
5.2 升溫熱沖擊環(huán)境下抗熱震性能 127
5.2.1 理論模型 127
5.2.2 結果與討論 127
5.3 主動冷卻情形下抗熱震性能 133
5.3.1 理論模型 134
5.3.2 結果與討論 135
5.4 氣動熱環(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 結果與討論 147
5.5 對流熱環(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 結果與討論 154
5.6 熱防護系統(tǒng)的抗熱震性能 158
5.6.1 分析模型 159
5.6.2 結果與討論 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 面內幾何形狀的影響 175
5.7.4 試件進入冷卻介質姿勢的影響 179
5.7.5 冷卻介質溫度的影響 183
5.7.6 機械沖擊的影響 187
5.8 本章小結 192
參考文獻 192
第6章 高溫層狀及涂層材料的高溫力學行為 195
6.1 高溫層狀及涂層材料高溫壓痕測試表征方法 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試與表征 205
6.2 高溫層狀及涂層材料斷裂性能與內部應力測試與表征 215
6.2.1 理論基礎的介紹 215
6.2.2 超高溫陶瓷材料氧化層內部應力測試與表征 216
6.2.3 高溫環(huán)境下熱障涂層斷裂性能及內部應力測試與表征 222
6.3 本章小結 226
參考文獻 226
第7章 熱防護材料的熱力氧耦合計算力學 229
7.1 高溫氧化行為的相場計算方法 230
7.1.1 相場計算方法 230
7.1.2 高溫金屬及合金的高溫氧化計算 238
7.1.3 單向C/SiC復合材料的高溫氧化計算 246
7.2 高溫氧化動力學理論 260
7.2.1 考慮氧化體積變化和界面曲率的氧化動力學模型 261
7.2.2 氧化生長應力對氧化速率的影響 265
7.2.3 實驗驗證及討論 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 氧化對裂紋尖端彈性場的影響 285
7.4 本章小結 288
參考文獻 289
第8章 超高溫實驗力學測試技術與儀器 291
8.1 先進材料超高溫拉/壓/彎/剪力學性能測試 292
8.1.1 超高溫發(fā)熱體和夾具制備技術 292
8.1.2 材料超高溫力學性能測試技術 294
8.1.3 材料超高溫力學性能測試儀器 299
8.1.4 先進材料超高溫力學性能試驗研究 305
8.2 高溫壓痕測試技術與儀器研發(fā) 314
8.2.1 高溫壓痕測試儀器關鍵技術方案設計及驗證 315
8.2.2 高溫壓痕測試儀器研發(fā)與調試校準 324
8.2.3 基于高溫壓痕技術的熱障涂層高溫力學性能測試 331
8.3 基于原位加載CT的材料力學行為評價技術與儀器 334
8.3.1 多場原位微焦點CT與工業(yè)DR/CT系統(tǒng) 334
8.3.2 結構與材料微結構及損傷演化原位表征與評價 339
8.4 本章小結 350
參考文獻 351
第9章 高溫點陣熱防護結構功能一體化設計與表征 355
9.1 ZrO2高溫陶瓷波紋結構 359
9.1.1 設計與制備 359
9.1.2 實驗測試 361
9.1.3 理論表征 362
9.2 ZrB2-SiC-G超高溫陶瓷波紋結構 367
9.2.1 設計與制備 367
9.2.2 實驗測試 368
9.2.3 數(shù)值模擬 370
9.3 C/SiC陶瓷基復合材料高溫點陣結構 371
9.3.1 設計與制備 371
9.3.2 實驗測試 372
9.3.3 理論表征與數(shù)值模擬 373
9.4 C/SiC陶瓷基復合材料高溫點陣結構的防隔熱性能 378
9.4.1 實驗測試 378
9.4.2 等效熱導率理論模型 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陶瓷基復合材料高溫點陣結構的熱防護系統(tǒng)設計 392
9.5.1 集成式熱防護系統(tǒng)設計 392
9.5.2 熱防護系統(tǒng)的傳熱特性 394
9.5.3 熱防護系統(tǒng)的力學性能 397
9.6 本章小結 399
參考文獻 400