多孔莫来石质耐火材料高温热—力学行为数值模拟及预测

发布时间：2024-03-25 22:33

　　耐火材料在常温下呈现非弹性或弹塑性行为,表现出准脆性;高温时玻璃相的熔化使耐火材料软化,表现出一定的粘塑性。轻质隔热材料的孔结构和孔内填充的空气对其热力学行为有重要影响。本文以多孔莫来石质耐火材料为研究对象,通过构建具有不同孔结构的气-固二元模型,采用热-结构耦合模拟方法研究不同孔结构参数(气孔率、气孔尺寸、孔径分布因子、孔位置分布因子)对多孔材料热态力学强度、抗热震性能及高温弹塑性变形等高温热-力学行为的影响。并结合实验,探讨多孔莫来石质耐火材料的热态力学损毁和热震损伤机理。对模拟结果进行拟合计算,得到预测不同孔结构多孔莫来石质耐火材料高温热-力学行为参量的模型。论文主要结论如下:(1)气-固二元模型能较好地表征多孔莫来石质耐火材料的高温软化行为。结合热-结构耦合数值模拟,屈曲分析、应变-寿命法和多线性随动强化模型能准确地预测多孔材料的高温热-力学行为特征。(2)三点弯曲的状态下裂纹从底部的中间位置开始,向上延伸导致材料结构的开裂;单轴压缩下由于应力的无序分布引起裂纹分布的无规则性和材料的破碎。当孔径在0.18～0.42mm范围内,孔径越大,结构越容易失稳,其高温强度越小。气孔率越大...

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 文献综述
    1.1 前言
    1.2 耐火材料高温热-力学行为的研究进展
        1.2.1 热态耐压强度、抗折强度
        1.2.2 热-机械疲劳
        1.2.3 抗热震性能
    1.3 多孔耐火材料力学行为的研究进展
        1.3.1 力学强度
        1.3.2 弹塑性变形
        1.3.3 抗热震性能
    1.4 热-结构耦合数值模拟在耐火材料的应用
        1.4.1 热态力学性能
        1.4.2 高温弹塑性变形
        1.4.3 抗热震性能
    1.5 本课题的提出与研究内容
        1.5.1 课题的提出
        1.5.2 研究内容
第2章 热-结构耦合模拟及实验室测试
    2.1 数学模型的选择
        2.1.1 几何模型
        2.1.2 材料模型
        2.1.3 控制方程
    2.2 热-结构耦合模拟的方法
        2.2.1 热屈曲分析
        2.2.2 热震数值模拟
        2.2.3 高温弹塑性变形模拟
    2.3 实验测试方法
        2.3.1 实验材料
        2.3.2 高温抗折强度
        2.3.3 常温耐压强度、抗折强度
        2.3.4 抗热震性能
第3章 多孔莫来石质耐火材料的热屈曲分析
    3.1 理论基础
    3.2 边界条件
    3.3 屈曲失稳分析
    3.4 临界应力的验证
    3.5 孔结构对屈曲临界应力的影响与预测
        3.5.1 孔径的影响
        3.5.2 气孔率的影响
        3.5.3 孔径分布因子的影响
        3.5.4 孔位置分布因子的影响
        3.5.5 热态临界应力的预测模型
    3.6 本章小结
第4章 多孔莫来石质耐火材料的热震数值模拟
    4.1 理论基础
    4.2 边界条件
    4.3 热震损伤机理分析
    4.4 抗热震循环次数的验证
    4.5 热震前后多孔材料的微观形貌
    4.6 孔结构对抗热震性能的影响与预测
        4.6.1 孔径的影响
        4.6.2 气孔率的影响
        4.6.3 孔径分布因子的影响
        4.6.4 孔位置分布因子的影响
        4.6.5 抗热震循环次数的预测
    4.7 本章小结
第5章 多孔莫来石质材料高温弹塑性变形的数值模拟
    5.1 理论基础
    5.2 边界条件
    5.3 高温弹塑性变形曲线及应力分析
    5.4 孔结构对高温弹塑性变形曲线的影响与预测
        5.4.1 孔径的影响
        5.4.2 气孔率的影响
        5.4.3 孔径分布因子的影响
        5.4.4 孔位置分布因子的影响
        5.4.5 弹性模量的预测
    5.5 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间取得的科研成果
附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目



本文编号：3938945