耐火材料断裂参数尺寸效应的研究

发布时间：2017-04-14 03:19

  本文关键词：耐火材料断裂参数尺寸效应的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：耐火材料主要作为高温容器的内衬材料,在使用过程中会受到各种应力的作用造成损毁,其中机械应力损坏是其中一个重要因素。新的耐火材料抗折强度测试标准增大了支点间距,实践表明耐火材料的抗折随着距离的增大而减小。作为一种准脆性材料,耐火材料的断裂破坏存在着尺寸效应,目前对于耐火材料的研究主要集中在不同物料配合比对材料性能的影响,而对于尺寸效应问题则研究较少。尺寸效应问题影响着耐火材料的真实强度、耐久性和承载力的判断和评定,是耐火材料研究和应用的重要方面。本文首先回顾了尺寸效应问题的研究历史以及关于尺寸效应问题研究的三种基本理论,即Bazant能量释放尺寸效应理论、weibull尺寸效应统计理论、裂纹分形理论。本文以镁碳砖和镁铝砖为实验材料,通过抗折试样探究了支点间距对于抗折强度的影响。使用无碳不烧刚玉质钢包衬砖作为原材料,固定长高比,制成五种尺寸的条形试样并在电动抗折机上进行常温抗折实验来探究尺寸效应产生的原因。结果表明:尺寸效应是耐火材料的共性,支点间距的改变是耐火材料产生尺寸效应的原因。基于Bazant能量释放尺寸效应规律提出了关于无碳不烧刚玉质钢包衬砖修正的抗折强度尺寸效应公式,实验结果证明,修正过的抗折强度尺寸效应公式更符合实际,可以用来预测无碳不烧刚玉质钢包衬砖的不同尺寸下的常温抗折强度。有限元分析作为科学研究的重要手段,可以克服实验条件不足、浪费实验材料等障碍,获得更加精确的计算结果,是实验的有力补充。本文使用ANSYS15.0软件首先模拟了普通镁砖不同尺寸下的常温抗压强度,数值模拟的结果表明,普通镁砖的常温耐压强度随着试样模型尺寸的增大而减小,表现出显著的尺寸效应。另外本文还以三点弯曲梁为模拟形式,合理设置断裂区的粘结单元,以试样支点间距、高度、缝高比为变量,模拟得到了不同条件下的断裂能。结果表明:在试样高度和缝高比一定时,试样的断裂能随着支点间距的增大而减小;当支点间距和缝高比一定时,试样的断裂能随着高度的增大而增大;当支点间距和高度一定时,试样的断裂能随着缝高比的增大而减小,试样的断裂能表现出了明显的尺寸效应,模拟的结果与实验的结果比较吻合。应该指出的是,尽管本文的实验和模拟的结果与耐火材料的断裂实际的趋势是一致的,但由于耐火材料自身的复杂性,强度分散性很大,影响耐火材料的断裂的因素也是多种多样的,本文为研究的方便简化了构件模型,选择了单一条件为实验和模拟变量,可能与工程实际略有冲突,因而也有待于进一步的研究和探索。
【关键词】：耐火材料 尺寸效应 有限元分析
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ175.1
【目录】：

• 中文摘要5-7
• ABSTRACT7-10
• 1.绪论10-26
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 尺寸效应11-25
• 1.2.1 尺寸效应研究的发展历程11-14
• 1.2.2 耐火材料强度尺寸效应的相关理论14-25
• 1.3 本文的研究内容25-26
• 2.耐火材料抗折强度尺寸效应的实验研究26-43
• 2.1 实验一26-28
• 2.1.1 实验方案26-27
• 2.1.2 实验结果与分析27-28
• 2.2 实验二28-31
• 2.2.1 实验方案28-29
• 2.2.2 实验结果与分析29-31
• 2.3 实验三31-42
• 2.3.1 实验方案31-32
• 2.3.2 实验结果及分析32-42
• 2.4 本章结论42-43
• 3 耐火材料断裂参数尺寸效应的数值模拟研究43-64
• 3.1 耐火材料的裂缝模型43-48
• 3.1.1 虚拟裂缝模型45-47
• 3.1.2 耐火材料断裂过程区的钝裂带模型47-48
• 3.2 耐火材料的相关断裂参数的尺寸效应48-51
• 3.2.1 应力强度因子尺寸效应48-49
• 3.2.2 断裂能的尺寸效应49-51
• 3.3 耐火材料断裂参数的数值模拟研究51-62
• 3.3.1 有限元软件ANSYS15.0 简介51-52
• 3.3.2 耐火材料抗压强度尺寸效应的数值模拟52-57
• 3.3.3 耐火材料断裂能的尺寸效应数值模拟研究57-62
• 3.4 结论与展望62-64
• 参考文献64-66
• 致谢66-67
• 作者简介67-68

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本文编号：305104