陶瓷材料抗熱震性表征理論及測試方法研究

《陶瓷材料抗熱震性表征理論及測試方法研究》是依託重慶大學，由嚴波擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：陶瓷材料抗熱震性表征理論及測試方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：嚴波
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

陶瓷材料的高溫熱衝擊問題是現代航空航天飛行器熱防護技術中的研究熱點。由於其涉及高溫熱力耦合、衝擊、斷裂、材料微結構、材料性能溫度相關等諸複雜因素，相關測試方法、基本理論和計算方法尚不成熟，尤其是測試方法的落後嚴重製約了理論和計算方法的發展。本項目以陶瓷材料高溫抗熱震性能的準確表征和測試方法為目標。建立以裂紋動態擴展特徵和實時溫度為參量的抗熱震性評價理論，發展基於圖像處理技術的高溫熱衝擊下裂紋擴展與溫度場同步動態測試方法，開發相應的測試系統；研究材料抗熱震性能測試評價方法；探索通過改變材料微結構和邊界條件以增強結構抗熱震性的方法。本項目對我國超高聲速飛行器熱防護技術的發展具有極其重要的意義。

結題摘要

陶瓷材料的高溫熱衝擊問題是現代航空航天飛行器熱防護技術中的研究熱點，材料高溫力學性能、強度理論、高溫環境下結構溫度場和變形場線上測試技術、熱力耦合問題和微結構對材料抗熱震性能的影響等的研究具有極其重要的科學意義。本項目對材料溫度相關的力學性能以及在高溫環境下的強度理論進行了理論研究，得到了溫度相關的彈性模量理論和具有普遍意義的溫度相關的強度理論，並對理論預測方法進行了驗證。採用非接觸式光學和圖像處理方法，研究了高溫複雜環境下溫度場和變形場的線上測試技術，並建立了溫度場和變形場同步測量裝置。研究了含裂紋均質材料的穩態熱傳導問題，得到了基於相互積分的裂紋尖端熱流強度因子的計算方法，以及求解含裂紋結構的熱傳導問題的擴展有限單元法。針對含界面裂紋多層結構的熱傳導問題，考慮界面裂紋面處溫度的不連續性、裂尖附近熱流的奇異性、界面處材料性能的不連續性，提出了求解含界面裂紋熱力耦合問題的擴展有限單元法；建立了用於計算界面裂紋尖端附近熱流強度因子的相互作用積分以及熱應力強度因子的計算方法。針對承受瞬態熱流載荷的高溫結構材料，考慮裂紋尖端附近的瞬態奇異熱流，定義了瞬態熱流強度因子，給出瞬態JT積分並證明其積分的路徑無關性，通過引入已知的輔助溫度場，建立了用於提取瞬態熱流強度因子的相互作用積分，並給出計算瞬態熱流強度因子的計算方案。針對熱障塗層結構，採用數值模擬方法模擬研究了塗層結構參數對抗熱障性能的影響。本項目研究工作和成果對我國超高聲速飛行器熱防護技術的發展具有重要的理論意義。