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超高温材料力学
作者：方岱宁，李卫国
出版社：科学出版社
出版时间：2022-09-01
ISBN：9787030723864
定价：¥196.00
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内容简介
本书系统介绍近年来作者在超高温材料力学性能方面的理论建模、数值模拟和实验研究成果。本书分上下册。上册共5章，内容包括：绪论、超高温材料热力耦合本构关系、超高温陶瓷材料温度相关性断裂强度理论表征模型、超高温陶瓷基复合材料高温断裂强度理论表征模型、陶瓷材料的抗热震性能等。下册共4章，内容包括：高温层状及涂层材料高温力学行为、热防护材料热力氧耦合计算力学、超高温实验力学测试技术与仪器、高温点阵热防护结构功能一体化设计与表征等。
作者简介
暂缺《超高温材料力学》作者简介
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 高温材料的特性 1
1.2 高温材料力学的研究背景 2
1.2.1 超高温陶瓷材料研究概况 2
1.2.2 超高温陶瓷基复合材料研究概况 3
1.2.3 高温点阵材料研究概况 5
1.3 本书的结构与内容安排 7
参考文献 7
第2章 超高温材料的热力耦合本构关系 11
2.1 C/SiC复合材料高温非线性行为物理机制 11
2.1.1 微裂纹扩展与拉压异性 11
2.1.2 高温对非线性行为的影响 14
2.2 C/SiC复合材料热力耦合本构关系框架 16
2.2.1 塑性屈服函数 16
2.2.2 一般性增量型本构关系框架 17
2.3 温度效应的引入 18
2.4 本构关系参数的确定 20
2.5 理论与实验结果对比 24
2.6 本章小结 26
参考文献 26
第3章 超高温陶瓷材料温度相关性断裂强度理论表征模型 28
3.1 超高温陶瓷材料温度相关性断裂强度模型 29
3.1.1 建模思想 29
3.1.2 理论模型 29
3.1.3 理论与实验结果对比 31
3.2 单晶超高温陶瓷材料温度相关性理想拉伸强度模型 32
3.2.1 单晶材料的失效模式 32
3.2.2 理论模型 34
3.2.3 理论与实验结果对比 46
3.3 超高温陶瓷材料热-损伤断裂强度模型 54
3.3.1 理论模型 54
3.3.2 理论与实验结果对比 58
3.3.3 裂纹形状及尺寸对高温断裂强度的影响 59
3.3.4 杨氏模量对高温断裂强度的影响 61
3.4 本章小结 61
参考文献 62
第4章 超高温陶瓷基复合材料高温断裂强度理论表征模型 65
4.1 颗粒增强超高温陶瓷基复合材料 65
4.1.1 温度相关性断裂强度模型 65
4.1.2 高温氧化过程中碳化硅耗尽层断裂强度理论表征 92
4.2 纤维增强超高温陶瓷基复合材料 102
4.2.1 温度相关性断裂强度模型 103
4.2.2 理论与试验结果对比 106
4.3 层状增强超高温陶瓷基复合材料 108
4.3.1 温度相关性断裂强度模型 109
4.3.2 理论计算结果与分析 111
4.4 本章小结 114
参考文献 114
第5章 陶瓷材料的抗热震性能 118
5.1 降温热冲击环境下抗热震性能 119
5.1.1 理论模型 119
5.1.2 结果与讨论 121
5.2 升温热冲击环境下抗热震性能 127
5.2.1 理论模型 127
5.2.2 结果与讨论 127
5.3 主动冷却情形下抗热震性能 133
5.3.1 理论模型 134
5.3.2 结果与讨论 135
5.4 气动热环境下抗热震性能 139
5.4.1 理论模型 139
5.4.2 数值模拟 144
5.4.3 结果与讨论 147
5.5 对流热环境下抗热震性能 151
5.5.1 理论模型 151
5.5.2 数值模拟 153
5.5.3 结果与讨论 154
5.6 热防护系统的抗热震性能 158
5.6.1 分析模型 159
5.6.2 结果与讨论 162
5.7 抗热震性能的影响因素分析 167
5.7.1 损伤形式的影响 167
5.7.2 约束方式的影响 170
5.7.3 面内几何形状的影响 175
5.7.4 试件进入冷却介质姿势的影响 179
5.7.5 冷却介质温度的影响 183
5.7.6 机械冲击的影响 187
5.8 本章小结 192
参考文献 192
第6章 高温层状及涂层材料的高温力学行为 195
6.1 高温层状及涂层材料高温压痕测试表征方法 196
6.1.1 高温压痕pile-up行为研究与表征 196
6.1.2 高温材料氧化层性能压痕测试与表征 205
6.2 高温层状及涂层材料断裂性能与内部应力测试与表征 215
6.2.1 理论基础的介绍 215
6.2.2 超高温陶瓷材料氧化层内部应力测试与表征 216
6.2.3 高温环境下热障涂层断裂性能及内部应力测试与表征 222
6.3 本章小结 226
参考文献 226
第7章 热防护材料的热力氧耦合计算力学 229
7.1 高温氧化行为的相场计算方法 230
7.1.1 相场计算方法 230
7.1.2 高温金属及合金的高温氧化计算 238
7.1.3 单向C/SiC复合材料的高温氧化计算 246
7.2 高温氧化动力学理论 260
7.2.1 考虑氧化体积变化和界面曲率的氧化动力学模型 261
7.2.2 氧化生长应力对氧化速率的影响 265
7.2.3 实验验证及讨论 268
7.2.4 波浪形氧化界面的演化 271
7.3 高温氧化与断裂的相互作用 275
7.3.1 氧化断裂理论模型 275
7.3.2 裂纹尖端附近的氧化行为 281
7.3.3 氧化对裂纹尖端弹性场的影响 285
7.4 本章小结 288
参考文献 289
第8章 超高温实验力学测试技术与仪器 291
8.1 先进材料超高温拉/压/弯/剪力学性能测试 292
8.1.1 超高温发热体和夹具制备技术 292
8.1.2 材料超高温力学性能测试技术 294
8.1.3 材料超高温力学性能测试仪器 299
8.1.4 先进材料超高温力学性能试验研究 305
8.2 高温压痕测试技术与仪器研发 314
8.2.1 高温压痕测试仪器关键技术方案设计及验证 315
8.2.2 高温压痕测试仪器研发与调试校准 324
8.2.3 基于高温压痕技术的热障涂层高温力学性能测试 331
8.3 基于原位加载CT的材料力学行为评价技术与仪器 334
8.3.1 多场原位微焦点CT与工业DR/CT系统 334
8.3.2 结构与材料微结构及损伤演化原位表征与评价 339
8.4 本章小结 350
参考文献 351
第9章 高温点阵热防护结构功能一体化设计与表征 355
9.1 ZrO2高温陶瓷波纹结构 359
9.1.1 设计与制备 359
9.1.2 实验测试 361
9.1.3 理论表征 362
9.2 ZrB2-SiC-G超高温陶瓷波纹结构 367
9.2.1 设计与制备 367
9.2.2 实验测试 368
9.2.3 数值模拟 370
9.3 C/SiC陶瓷基复合材料高温点阵结构 371
9.3.1 设计与制备 371
9.3.2 实验测试 372
9.3.3 理论表征与数值模拟 373
9.4 C/SiC陶瓷基复合材料高温点阵结构的防隔热性能 378
9.4.1 实验测试 378
9.4.2 等效热导率理论模型 381
9.4.3 数值模拟 382
9.4.4 分析与讨论 388
9.5 基于C/SiC陶瓷基复合材料高温点阵结构的热防护系统设计 392
9.5.1 集成式热防护系统设计 392
9.5.2 热防护系统的传热特性 394
9.5.3 热防护系统的力学性能 397
9.6 本章小结 399
参考文献 400
第1章 绪论 1
1.1 高温材料的特性 1
1.2 高温材料力学的研究背景 2
1.2.1 超高温陶瓷材料研究概况 2
1.2.2 超高温陶瓷基复合材料研究概况 3
1.2.3 高温点阵材料研究概况 5
1.3 本书的结构与内容安排 7
参考文献 7
第2章 超高温材料的热力耦合本构关系 11
2.1 C/SiC复合材料高温非线性行为物理机制 11
2.1.1 微裂纹扩展与拉压异性 11
2.1.2 高温对非线性行为的影响 14
2.2 C/SiC复合材料热力耦合本构关系框架 16
2.2.1 塑性屈服函数 16
2.2.2 一般性增量型本构关系框架 17
2.3 温度效应的引入 18
2.4 本构关系参数的确定 20
2.5 理论与实验结果对比 24
2.6 本章小结 26
参考文献 26
第3章 超高温陶瓷材料温度相关性断裂强度理论表征模型 28
3.1 超高温陶瓷材料温度相关性断裂强度模型 29
3.1.1 建模思想 29
3.1.2 理论模型 29
3.1.3 理论与实验结果对比 31
3.2 单晶超高温陶瓷材料温度相关性理想拉伸强度模型 32
3.2.1 单晶材料的失效模式 32
3.2.2 理论模型 34
3.2.3 理论与实验结果对比 46
3.3 超高温陶瓷材料热-损伤断裂强度模型 54
3.3.1 理论模型 54
3.3.2 理论与实验结果对比 58
3.3.3 裂纹形状及尺寸对高温断裂强度的影响 59
3.3.4 杨氏模量对高温断裂强度的影响 61
3.4 本章小结 61
参考文献 62
第4章 超高温陶瓷基复合材料高温断裂强度理论表征模型 65
4.1 颗粒增强超高温陶瓷基复合材料 65
4.1.1 温度相关性断裂强度模型 65
4.1.2 高温氧化过程中碳化硅耗尽层断裂强度理论表征 92
4.2 纤维增强超高温陶瓷基复合材料 102
4.2.1 温度相关性断裂强度模型 103
4.2.2 理论与试验结果对比 106
4.3 层状增强超高温陶瓷基复合材料 108
4.3.1 温度相关性断裂强度模型 109
4.3.2 理论计算结果与分析 111
4.4 本章小结 114
参考文献 114
第5章 陶瓷材料的抗热震性能 118
5.1 降温热冲击环境下抗热震性能 119
5.1.1 理论模型 119
5.1.2 结果与讨论 121
5.2 升温热冲击环境下抗热震性能 127
5.2.1 理论模型 127
5.2.2 结果与讨论 127
5.3 主动冷却情形下抗热震性能 133
5.3.1 理论模型 134
5.3.2 结果与讨论 135
5.4 气动热环境下抗热震性能 139
5.4.1 理论模型 139
5.4.2 数值模拟 144
5.4.3 结果与讨论 147
5.5 对流热环境下抗热震性能 151
5.5.1 理论模型 151
5.5.2 数值模拟 153
5.5.3 结果与讨论 154
5.6 热防护系统的抗热震性能 158
5.6.1 分析模型 159
5.6.2 结果与讨论 162
5.7 抗热震性能的影响因素分析 167
5.7.1 损伤形式的影响 167
5.7.2 约束方式的影响 170
5.7.3 面内几何形状的影响 175
5.7.4 试件进入冷却介质姿势的影响 179
5.7.5 冷却介质温度的影响 183
5.7.6 机械冲击的影响 187
5.8 本章小结 192
参考文献 192
第6章 高温层状及涂层材料的高温力学行为 195
6.1 高温层状及涂层材料高温压痕测试表征方法 196
6.1.1 高温压痕pile-up行为研究与表征 196
6.1.2 高温材料氧化层性能压痕测试与表征 205
6.2 高温层状及涂层材料断裂性能与内部应力测试与表征 215
6.2.1 理论基础的介绍 215
6.2.2 超高温陶瓷材料氧化层内部应力测试与表征 216
6.2.3 高温环境下热障涂层断裂性能及内部应力测试与表征 222
6.3 本章小结 226
参考文献 226
第7章 热防护材料的热力氧耦合计算力学 229
7.1 高温氧化行为的相场计算方法 230
7.1.1 相场计算方法 230
7.1.2 高温金属及合金的高温氧化计算 238
7.1.3 单向C/SiC复合材料的高温氧化计算 246
7.2 高温氧化动力学理论 260
7.2.1 考虑氧化体积变化和界面曲率的氧化动力学模型 261
7.2.2 氧化生长应力对氧化速率的影响 265
7.2.3 实验验证及讨论 268
7.2.4 波浪形氧化界面的演化 271
7.3 高温氧化与断裂的相互作用 275
7.3.1 氧化断裂理论模型 275
7.3.2 裂纹尖端附近的氧化行为 281
7.3.3 氧化对裂纹尖端弹性场的影响 285
7.4 本章小结 288
参考文献 289
第8章 超高温实验力学测试技术与仪器 291
8.1 先进材料超高温拉/压/弯/剪力学性能测试 292
8.1.1 超高温发热体和夹具制备技术 292
8.1.2 材料超高温力学性能测试技术 294
8.1.3 材料超高温力学性能测试仪器 299
8.1.4 先进材料超高温力学性能试验研究 305
8.2 高温压痕测试技术与仪器研发 314
8.2.1 高温压痕测试仪器关键技术方案设计及验证 315
8.2.2 高温压痕测试仪器研发与调试校准 324
8.2.3 基于高温压痕技术的热障涂层高温力学性能测试 331
8.3 基于原位加载CT的材料力学行为评价技术与仪器 334
8.3.1 多场原位微焦点CT与工业DR/CT系统 334
8.3.2 结构与材料微结构及损伤演化原位表征与评价 339
8.4 本章小结 350
参考文献 351
第9章 高温点阵热防护结构功能一体化设计与表征 355
9.1 ZrO2高温陶瓷波纹结构 359
9.1.1 设计与制备 359
9.1.2 实验测试 361
9.1.3 理论表征 362
9.2 ZrB2-SiC-G超高温陶瓷波纹结构 367
9.2.1 设计与制备 367
9.2.2 实验测试 368
9.2.3 数值模拟 370
9.3 C/SiC陶瓷基复合材料高温点阵结构 371
9.3.1 设计与制备 371
9.3.2 实验测试 372
9.3.3 理论表征与数值模拟 373
9.4 C/SiC陶瓷基复合材料高温点阵结构的防隔热性能 378
9.4.1 实验测试 378
9.4.2 等效热导率理论模型 381
9.4.3 数值模拟 382
9.4.4 分析与讨论 388
9.5 基于C/SiC陶瓷基复合材料高温点阵结构的热防护系统设计 392
9.5.1 集成式热防护系统设计 392
9.5.2 热防护系统的传热特性 394
9.5.3 热防护系统的力学性能 397
9.6 本章小结 399
参考文献 400
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