《陶瓷熱震損傷尺寸效應的實驗研究與理論預報》是依託中國科學院力學研究所，由邵穎峰擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：陶瓷熱震損傷尺寸效應的實驗研究與理論預報
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：邵穎峰
- 依託單位：中國科學院力學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目擬以實驗為重點，通過理論和數值相結合來研究陶瓷熱震損傷行為的尺寸效應。主要包含以下研究內容：設計不同尺寸、具有不同微結構（晶粒尺寸和孔隙率）陶瓷試件系列熱震強度下的實驗，獲取臨界熱震溫差與微結構的關聯規律，獲取陶瓷材料熱震裂紋與微結構關聯的系統表征，闡明熱震損傷的尺寸影響規律；用已申請專利的熱震裂紋原位觀測實驗儀，動態觀測熱震裂紋的萌生和高速擴展過程，探索陶瓷材料熱震損傷萌生和演化機理；發展我們提出的 “半逆測量法”，利用容易測量的物理量，反演難以準確測量的高溫物性參數，以填補目前在高溫變溫和不同尺寸下物性參數的空白或不準確；結合熱彈性力學理論，利用細觀損傷模型發展定量數值預報方法，為採用標準試件評價陶瓷構件的抗熱震性能代替當前普遍採用的樣品抽樣破壞性實驗提供理論依據和技術儲備。同時推進熱震損傷機理的研究，促進固體力學熱力相關理論的發展。
結題摘要
陶瓷材料具有優異的高溫力學性能，廣泛套用於極端高溫領域。改善陶瓷材料的抗熱震性能是該領域的重大課題之一，而正確評價陶瓷材料的抗熱震性能是進行這一重大課題研究的基礎。我們研究了陶瓷表面應力與對流換熱係數的關係，用測量的表面換熱係數代替平均值，對熱震過程中陶瓷表面應力的差異進行了計算分析，計算結果表明在最大表面應力中引入的誤差較小，但在最大應力達到時間上引入的誤差較大。我們進行了水淬試驗，使用一個專門設計的裝置，保證了對裂紋的實時觀測。我們捕捉到了由許多研究人員準確預測的裂紋圖案周期性和層次性的特點，發現陶瓷水淬裂紋擴展是一個準靜態過程。進一步，我們在實驗上揭示了淬火溫度差和試件尺寸對熱震裂紋擴展速度的影響。通過對裂紋擴展速率與細觀損傷力學數值計算結果的比較，驗證了該方法的可行性。此外，我們研究了預製裂紋對陶瓷淬火裂紋擴展的影響，發現隨著預製裂紋角的增大，次生裂紋的總垂直長度增大；次生裂紋出現的機率也會隨著預製裂紋的角度而增加，採用細觀損傷力學方法模擬了熱衝擊裂紋與預製裂紋的相互作用，計算結果與實驗結果吻合較好，說明研究熱衝擊裂紋擴展的細觀損傷力學也是預測熱衝擊裂紋與預製裂紋相互作用的一種好方法。總之，我們首創性的對陶瓷熱震裂紋的實時擴展進行了觀測，試驗結果支持了我們的計算方法，並對以往的一些理論進行了甄別和驗證。我們研製的實驗裝置填補了陶瓷熱震裂紋實時觀測這方面的空白，這將極大推動陶瓷材料熱震失效機理、抗熱震性能評價理論及其套用的研究。
