金属材料温度相关性弹性模量、屈服强度及单相陶瓷抗热冲击性能研究

发布时间：2022-04-23 17:27

　　随着现代科技的快速发展,拓展服役条件的需求愈发强烈,材料的高温服役性能成为各领域关注的核心问题。深刻理解高温环境下的材料力学性能,不仅是探索材料在极端环境中的响应及失效机理的基础研究,也是关乎国家战略安全与重大灾害预防的迫切需求。本文采用理论、实验和数值模拟方法对金属材料温度相关性的弹性模量、固溶强化合金材料温度相关性的屈服强度以及单相陶瓷材料的抗热冲击性能进行了研究,开展的主要研究工作如下:（1）建立了不含任何拟合参数的温度相关性弹性模量理论表征模型,并在金属块体材料不同温度下的杨氏模量、弹性常数和剪切模量的理论预测上得到了很好的应用及验证。模型建立了温度相关性弹性模量、热膨胀系数、热容（或德拜温度）和熔点之间的定量关系。此模型提供了一种新的简便的温度相关性弹性模量预测方法:通过一个容易获取的温度下的弹性模量可对宽温域下的特别是较难获取的超高温或极低温下的弹性模量做出方便地预测。进一步,将研究温度相关性弹性模量的方法拓展应用于温度相关性表面张力的理论表征,针对均质液体材料建立了一个不含拟合参数的温度相关性表面张力系数理论表征模型,并得到了目前获取到的全部15种纯液体材料的实验验证。该... 

【文章页数】：115 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 研究背景及概念
    1.2 科学问题及研究现状
        1.2.1 金属材料的温度相关性弹性模量
        1.2.2 固溶强化合金的温度相关性屈服强度
        1.2.3 陶瓷材料的抗热冲击性能
    1.3 本文研究的主要工作
2 温度相关性弹性模量及表面张力理论表征模型
    2.1 温度相关性弹性模量理论表征模型
        2.1.1 模型的建立
        2.1.2 金属单质温度相关性弹性模量的验证
        2.1.3 高温合金温度相关性弹性模量的验证
    2.2 温度相关性表面张力理论表征模型
        2.2.1 模型的建立
        2.2.2 液态化合物温度相关性表面张力的验证
        2.2.3 液态金属单质温度相关性表面张力的验证
    2.3 本章小结
3 固溶强化镍基合金温度相关性屈服强度理论表征模型
    3.1 温度相关性屈服强度理论表征模型
        3.1.1 基体材料贡献
        3.1.2 固溶强化贡献
        3.1.3 晶界强化贡献
        3.1.4 模型的建立
    3.2 温度相关性屈服强度理论表征模型的验证
        3.2.1 固溶强化二元合金温度相关性屈服强度
        3.2.2 固溶强化多元合金温度相关性屈服强度
    3.3 各项机制对屈服强度贡献的温度相关性分析
        3.3.1 固溶强化二元合金各项机制对屈服强度贡献的温度相关性
        3.3.2 固溶强化多元合金各项机制对屈服强度贡献的温度相关性
    3.4 本章小结
4 热冲击过程中机械冲击对陶瓷材料热冲击行为的影响
    4.1 引言
    4.2 实验研究
        4.2.1 实验材料
        4.2.2 实验步骤
        4.2.3 裂纹长度统计方法
        4.2.4 三点弯残余强度测试
    4.3 实验结果及讨论
        4.3.1 机械冲击对试件表面热冲击裂纹的影响
        4.3.2 机械冲击对试件淬火残余强度的影响
    4.4 本章小结
5 计及外界约束的主动冷却情形下超高温陶瓷抗热冲击性能
    5.1 主动冷却
    5.2 数值建模
        5.2.1 材料参数
        5.2.2 失效判据
    5.3 模型的验证
    5.4 抗热冲击性能影响因素分析
        5.4.1 热冲击初始环境温度对超高温陶瓷材料抗热冲击性能的影响
        5.4.2 热交换系数对超高温陶瓷材料抗热冲击性能的影响
        5.4.3 外界约束对超高温陶瓷材料抗热冲击性能的影响
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 后续研究工作的展望
参考文献
附录
    A作者在攻读学位期间发表的部分论文
    B作者在攻读学位期间申请并已公开的部分发明专利
    C作者在攻读学位期间主持及参加的科研项目情况
    D学位论文数据集
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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[2]材料高温力学性能理论表征方法研究进展[J]. 李卫国,邵家兴,寇海波,张先贺.  固体力学学报. 2017(02)
[3]高超声速飞行器热环境与结构传热的多场耦合数值研究[J]. 周印佳,孟松鹤,解维华,杨强.  航空学报. 2016(09)
[4]镍基高温合金的技术进展[J]. 姚进军,高联科,邓斌.  新材料产业. 2015(12)
[5]基于FLUENT的红外窗口主动冷却装置数值模拟分析[J]. 杨祺,张文瑞,于锟锟.  真空与低温. 2015(02)
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博士论文
[1]计及使役环境的高温陶瓷材料抗热震性能及表征方法研究[D]. 李定玉.重庆大学 2015
[2]Mg-Zn-Zr-Y合金固溶强化和第二相强化的理论和实验研究[D]. 罗素琴.重庆大学 2011
[3]高超声速飞行器热防护系统主动冷却机制与效能评估[D]. 刘双.哈尔滨工业大学 2010
[4]硼化锆基超高温陶瓷材料的组织结构及热冲击性能研究[D]. 王裕.哈尔滨工业大学 2010

硕士论文
[1]先进飞行器半主动/主动冷却结构热力分析与优化设计[D]. 吉庭武.西北工业大学 2016
[2]热处理对釉化用钢显微组织和屈服强度的影响研究[D]. 彭丹.东南大学 2016
[3]极端温度超高温陶瓷力学性能测试技术仪器的设计[D]. 崔森杰.重庆大学 2014
[4]ZnS透波陶瓷天线窗和超高温陶瓷抗热震性能研究[D]. 李邓建.重庆大学 2014
[5]高热流条件下碳氢燃料主动冷却流动换热数值研究[D]. 王金涛.南京航空航天大学 2013



本文编号：3647646