贺鹏飞
,
李京剑
,
Yuan C
,
Stern R
,
Clegg W J
复合材料学报
doi:10.3321/j.issn:1000-3851.2002.05.015
陶瓷材料在热冲击荷载作用下的典型破坏模式是裂纹的起始和扩展.当高温的材料或构件突然处于低温环境时,裂纹将由材料或构件的表面开始产生和发展.因此,材料表面及其表面附近的材料微结构对裂纹的起始有着非常重要的影响.实验表明:某些具有微孔洞结构的陶瓷材料比相应的密实材料的抗热冲击性能有所提高,但相关的机制目前还没有得到定量的解释.本文作者利用商业有限元软件ABAQUS,分析了受热冲击表面上的开口微孔洞、处于表面附近的闭口微孔洞周围的热应力场,以及微孔洞的大小、微孔洞与表面的距离对热应力场的影响,其目的是为进一步分析裂纹的起始和扩展做准备.数值结果表明:一般情况下,闭口微孔洞引起的应力集中比开口微孔洞引起的应力集中更为严重,特别当闭口微孔洞与表面之间的距离很小时,和没有微孔洞情况相比,闭口微孔洞引起的最大的应力集中系数超过6.
关键词:
陶瓷
,
微孔洞
,
热应力
,
数值分析
贺鹏飞
,
李京剑
,
Yuan C
,
Stern R
,
Clegg W J
复合材料学报
doi:10.3321/j.issn:1000-3851.2002.05.016
利用商业的有限元软件ABAQUS,分析了具有微孔洞结构氧化铝陶瓷材料在受到热冲击作用下,从处于材料表面上的开口微孔洞以及临近材料表面的闭口微孔洞的底部起始的裂纹扩展.结果表明:对于从开口微孔洞和闭口微孔洞底部起始的裂纹,其能量释放率随冷却时间的变化规律类似,即随冷却时间t由零开始增加,能量释放率也由零开始快速增大,在冷却时间大约为t=0.1 s时,达到其最大值,随后开始降低.另外对于从开口微孔洞底部起始的裂纹,结果发现裂纹的能量释放率随裂纹长度的增加、微孔洞半径的增加而增加,而对于从闭口微孔洞底部起始的裂纹,其能量释放率随裂纹长度的增加、微孔洞半径的增加、以及微孔洞与材料受热冲击面距离的增加而增加.以开口微孔洞底部起始的裂纹为例,研究了裂纹与临近微孔洞之间的作用,发现临近微孔洞的存在可以明显减小裂纹的能量释放率.这些结果对于从材料的微结构角度设计材料的抗热冲击性能有参考价值.
关键词:
裂纹
,
热冲击
,
能量释放率
,
微孔洞
