目錄
序
前言
第1章 熱防護(hù)材料與結(jié)構(gòu)的分類及應(yīng)用概述 1
1.1 非燒蝕型防熱復(fù)合材料1
1.1.1 超高溫陶瓷材料.2
1.1.2 C/SiC 復(fù)合材料 3
1.1.3 陶瓷防熱瓦 4
1.2 防熱涂層材料 6
1.2.1 燒蝕型防熱涂層材料 7
1.2.2 非燒蝕型防熱涂層材料 7
1.3 熱防護(hù)結(jié)構(gòu)的類型及應(yīng)用 9
1.3.1 被動(dòng)防熱方案 10
1.3.2 半被動(dòng)防熱方案 11
1.3.3 主動(dòng)防熱方案 12
1.3.4 主被動(dòng)結(jié)合防熱方案 13
1.3.5 多功能熱防護(hù)結(jié)構(gòu) 14
1.3.6 新型熱防護(hù)機(jī)制 15
參考文獻(xiàn) 16
第2章 防熱涂層燒蝕理論 17
2.1 硅橡膠基防熱涂層的熱分解特性分析方法 17
2.1.1 組分相材料熱失重分析 18
2.1.2 硅橡膠基防熱涂層熱失重分析 19
2.1.3 硅橡膠基防熱涂層熱解動(dòng)力學(xué)模型 21
2.2 環(huán)氧樹脂基防熱涂層的熱分解特性分析方法 27
2.2.1 環(huán)氧樹脂基防熱涂層熱失重分析 27
2.2.2 環(huán)氧樹脂基防熱涂層熱解動(dòng)力學(xué)模型 28
2.3 硅橡膠基防熱涂層高溫環(huán)境下燒蝕機(jī)理分析 37
2.3.1 輻射熱流環(huán)境下燒蝕過程分析 37
2.3.2 燒蝕防熱機(jī)理分析 43
2.4 硅橡膠基防熱涂層的燒蝕和熱響應(yīng)耦合分析方法 45
2.4.1 燒蝕和熱響應(yīng)耦合預(yù)報(bào)模型 45
2.4.2 耦合預(yù)報(bào)模型的數(shù)值求解方法 53
2.4.3 典型熱流載荷下燒蝕–熱響應(yīng)特性分析 56
2.5 環(huán)氧樹脂基防熱涂層的燒蝕機(jī)理及模型 61
2.5.1 輻射熱流/燃?xì)饬鳝h(huán)境微結(jié)構(gòu)演化機(jī)理 61
2.5.2 熱化學(xué)燒蝕模型 67
2.6 硅橡膠基防熱涂層的高溫力學(xué)性能分析方法 74
2.6.1 拉伸載荷下硅橡膠基涂層的力學(xué)行為 74
2.6.2 拉剪載荷下硅橡膠基涂層的力學(xué)行為 81
2.7 環(huán)氧樹脂基防熱涂層的高溫力學(xué)性能分析方法 85
2.7.1 拉伸載荷下環(huán)氧樹脂基涂層的力學(xué)行為 85
2.7.2 拉剪載荷下環(huán)氧樹脂基涂層的力學(xué)行為 94
參考文獻(xiàn) 100
第3章 防熱材料力–熱–化多場(chǎng)耦合理論 101
3.1 力–熱–化多場(chǎng)耦合分析模型 102
3.1.1 傳熱/擴(kuò)散/變形問題與基本假設(shè).102
3.1.2 能量守恒方程 102
3.1.3 氣體相擴(kuò)散方程 103
3.1.4 固體相平衡方程 104
3.2 多場(chǎng)耦合條件下熱/力學(xué)響應(yīng)的有限元實(shí)現(xiàn) 106
3.3 非接觸式高溫變形測(cè)量試驗(yàn) 110
3.3.1 試驗(yàn)測(cè)試方法 110
3.3.2 熱暴露后表面形貌分析 114
3.3.3 溫度響應(yīng)分析 117
3.3.4 高溫變形分析 118
3.4 高溫剛度性能分析方法 120
3.4.1 考慮熱軟化效應(yīng)的高溫剛度模型 121
3.4.2 考慮燒蝕演化影響的高溫剛度模型 122
3.4.3 防熱復(fù)合材料高溫剛度衰減規(guī)律 126
3.5 高溫強(qiáng)度性能分析方法 128
3.5.1 考慮熱軟化和燒蝕演化影響的高溫強(qiáng)度模型 128
3.5.2 防熱復(fù)合材料高溫強(qiáng)度衰減規(guī)律 130
3.6 高溫強(qiáng)度與模量測(cè)量試驗(yàn) 132
3.7 典型防熱復(fù)合材料熱/力學(xué)響應(yīng)分析 135
3.7.1 高硅氧–酚醛混雜纖維增強(qiáng)酚醛復(fù)合材料的二維熱/力學(xué)響應(yīng) 135
3.7.2 高硅氧–酚醛混雜纖維增強(qiáng)酚醛復(fù)合材料的三維熱/力學(xué)響應(yīng) 141
3.7.3 石英–芳砜綸混編纖維增強(qiáng)酚醛復(fù)合材料的三維熱/力學(xué)響應(yīng) 154
參考文獻(xiàn) 164
第4章 陶瓷基復(fù)合材料的氧化燒蝕理論 167
4.1 陶瓷基復(fù)合材料的燒蝕機(jī)理 168
4.1.1 低溫區(qū)(700～1200℃) 168
4.1.2 中溫區(qū)(1200～1600℃) 168
4.1.3 高溫區(qū)(1600～1800℃) 169
4.1.4 超高溫區(qū) (>1800℃) 170
4.2 陶瓷基復(fù)合材料的氧化燒蝕模型 171
4.2.1 SiC耗盡層的形成過程 171
4.2.2 氧化–相變過程中組元材料及孔洞的演化過程 173
4.2.3 SiC 耗盡層孔隙率的演化規(guī)律 177
4.3 陶瓷基復(fù)合材料熱沖擊載荷下的失效機(jī)理 180
4.3.1 熱沖擊試驗(yàn)方法與過程 180
4.3.2 熱沖擊載荷下失效機(jī)理分析.180
4.3.3 殘余應(yīng)力對(duì)熱沖擊失效機(jī)理的影響 184
4.4 陶瓷基復(fù)合材料的熱沖擊行為預(yù)報(bào)方法 185
4.4.1 添加物對(duì)破壞模式的影響規(guī)律.185
4.4.2 超高溫陶瓷材料的熱沖擊模型.192
參考文獻(xiàn) 202
第5章 防熱結(jié)構(gòu)的傳熱理論.204
5.1 復(fù)合材料一體化熱結(jié)構(gòu)等效傳熱模型 205
5.2 考慮邊界條件非線性的瞬態(tài)傳熱問題半解析方法 207
5.2.1 傳熱問題邊界條件線性化方法.209
5.2.2 考慮非線性邊界條件的瞬態(tài)傳熱問題控制方程 210
5.2.3 考慮非線性邊界條件的瞬態(tài)熱傳導(dǎo)方程計(jì)算流程 215
5.3 考慮材料非線性的瞬態(tài)傳熱問題半解析方法 216
5.3.1 復(fù)合材料熱物理性能線性化方法 216
5.3.2 考慮材料非線性的瞬態(tài)傳熱問題控制方程 219
5.3.3 考慮材料非線性的瞬態(tài)熱傳導(dǎo)方程計(jì)算流程 228
5.4 復(fù)合材料熱結(jié)構(gòu)傳熱特性測(cè)量試驗(yàn) 229
5.4.1 輻射熱流環(huán)境復(fù)合材料熱結(jié)構(gòu)防隔熱試驗(yàn) 229
5.4.2 氧乙炔焰環(huán)境復(fù)合材料熱結(jié)構(gòu)防隔熱試驗(yàn) 232
5.5 復(fù)合材料熱結(jié)構(gòu)瞬態(tài)傳熱問題半解析方法驗(yàn)證234
5.5.1 邊界條件非線性對(duì)傳熱特性的影響規(guī)律 235
5.5.2 材料非線性對(duì)傳熱特性的影響規(guī)律 237
5.5.3 邊界條件及材料雙重非線性對(duì)傳熱特性的影響規(guī)律 239
參考文獻(xiàn) 244
第6章 防熱結(jié)構(gòu)的高溫力學(xué)響應(yīng)分析理論 246
6.1 復(fù)合材料熱結(jié)構(gòu)的等效彈性性能 247
6.1.1 等效彈性模量 249
6.1.2 等效剪切模量 258
6.1.3 等效泊松比 260
6.1.4 等效熱膨脹系數(shù) 261
6.2 復(fù)合材料熱結(jié)構(gòu)的熱變形預(yù)報(bào)方法 263
6.2.1 三明治夾芯結(jié)構(gòu)的多層板理論.263
6.2.2 基于高階位移理論的本構(gòu)關(guān)系.264
6.2.3 基于有限元法的熱變形預(yù)報(bào)模型 267
6.2.4 力/熱載荷下復(fù)合材料熱結(jié)構(gòu)的高溫變形規(guī)律 271
6.3 復(fù)合材料熱結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力預(yù)報(bào)方法 275
6.3.1 芯層熱應(yīng)力預(yù)報(bào)方法 275
6.3.2 面板熱應(yīng)力預(yù)報(bào)方法 283
6.3.3 力/熱載荷下復(fù)合材料熱結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力特性 288
6.4 復(fù)合材料熱結(jié)構(gòu)的熱屈曲特性預(yù)報(bào)方法 306
6.4.1 屈曲變形理論 306
6.4.2 基于有限元法的熱屈曲特性預(yù)報(bào)模型 307
6.4.3 力/熱載荷下復(fù)合材料熱結(jié)構(gòu)的屈曲特性 308
6.5 復(fù)合材料熱結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性預(yù)報(bào)方法 310
6.5.1 熱結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性基本方程.310
6.5.2 基于有限元法的熱結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性預(yù)報(bào)方法 311
6.5.3 高溫環(huán)境下復(fù)合材料熱結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性 311
6.6 復(fù)合材料熱結(jié)構(gòu)的熱彈性性能預(yù)報(bào)方法 316
6.6.1 熱結(jié)構(gòu)的熱彈性問題描述.317
6.6.2 小變形假設(shè)下熱彈性問題預(yù)報(bào)模型 318
6.6.3 大變形假設(shè)下熱彈性問題預(yù)報(bào)模型 321
6.6.4 熱結(jié)構(gòu)的熱彈性問題求解流程 325
6.6.5 高溫環(huán)境下復(fù)合材料熱結(jié)構(gòu)的熱彈性性能 325
6.7 復(fù)合材料熱結(jié)構(gòu)的高溫力學(xué)性能試驗(yàn) 334
6.7.1 不同溫度環(huán)境平壓載荷下結(jié)構(gòu)響應(yīng)特性 334
6.7.2 不同溫度環(huán)境剪切載荷下結(jié)構(gòu)響應(yīng)特性 338
參考文獻(xiàn) 340