耐火材料裂纹端部场与热震断裂能耗散机制研究

基本信息
批准号:51272238
项目类别:面上项目
资助金额:80.00
负责人:董林
学科分类:
依托单位:郑州大学
批准年份:2012
结题年份:2016
起止时间:2013-01-01 - 2016-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:贾晓林,王宇,辛荣生,张兴艳,胡斌,王俊峰,田莉,莫晓朋
关键词:
抗热震性裂纹端部场微结构热震损伤机制
结项摘要

Due to the intrinsic complexity of thermal shock and the absence of access to the refractory thermal shock crack tip stress field, the macro-mechanical information and micro-structure relationship is not clear. And the fundamental mechanism of thermal shock damage has not yet been established. This project is focused on the local stress field near the crack front and thermal shock fracture energy dissipation mechanism of refractories. The in situ characterization of the fracture process zone stress and the crack-tip plastic zone of refractories will be carried out via SERS Mapping technology to study the effects of refractory micro-structure on the crack-tip stress field. Furthermore, the study will be extended to the thermal shock crack local stress distribution and crack propagating/closing behavior, to explore the impact of the particle phase toughening interface on the thermal shock fracture energy dissipation mechanism. The numerical simulation analysis of the crack tip plastic zone stress/strain behavior will be carried out by using elastic-plastic model to reveal the mechanism of factors influencing the refractory thermal shock crack propagation, such as the crack process zone, crack tip plastic zone and strain amplitude, and to elaborate the impact of the crack tip stress behavior on the effects of material thermal shock resistance in the thermal shock crack propagation process. The objective of this project is to enrich the shock damage theory of refractory, and provide a theoretical basis to practical route for improving the thermal shock resistance of refractory.

由于耐火材料抗热震问题的复杂性,加之缺少获取热震裂纹尖端局域应力场信息的有效手段,宏观力学信息与微观结构的关系尚不明确,在热震损毁的物理本质研究方面,迄今仍未建立起较为完善的理论。本课题针对耐火材料裂纹局域应力场与热震断裂能耗散机制开展研究工作,拟采用SERS成像技术对裂纹扩展过程区与裂尖塑性区进行原位表征,研究耐火材料微结构对裂纹尖端应力场的影响,深入研究热震裂纹局域应力分布与裂纹扩展/闭合行为,探索颗粒相增韧界面对热震断裂能耗散过程影响的内在物理机制。通过弹塑性模型对裂尖塑性区应力/应变行为模拟分析,揭示裂纹过程区、裂尖塑性区和应变幅等因素对耐火材料热震裂纹扩展的影响机理,阐明热震裂纹扩展过程中裂纹尖端应力行为对材料抗热震性能的影响规律,完善复相耐火材料体系热震损伤理论,为提高耐火材料抗热震稳定性提供理论依据。

项目摘要

耐火材料是高温工业生产的基础,提高耐火材料的的抗热震稳定性,探讨耐火材料热震损毁机理具有重要的工程与学术价值。本项目针对耐火材料裂纹局域应力场与热震断裂能耗散机制开展研究工作,发展了四类可用于微纳米局域应力场实时传感与成像的技术,分别是:基于拉曼光谱及压致发光光谱成像技术对裂纹扩展过程区与裂尖塑性区进行原位表征,基于压电电子学/压电光电子学效应的微纳米柔性应力传感阵列,基于应力发光材料的自发光效应对热震裂纹端部应力场的应力可视化传感,以及基于摩擦电阵列传感器件的耐火材料试样预制裂纹局域应力自供能实时传感。在此基础上,研究了耐火材料微结构对裂纹尖端应力场的影响,以及热震裂纹局域应力分布与裂纹扩展/闭合行为,探索了颗粒相增韧界面对热震断裂能耗散过程影响的内在联系。通过弹塑性模型对裂尖塑性区应力/应变行为开展了使役环境下耐火材料的热—损伤模型研究,为完善复相耐火材料体系热震损伤理论,提高耐火材料抗热震稳定性提供理论依据。在本项目的资助下,我们课题组的研究工作逐渐形成自己的研究特色。尤其是基于压电电子学/压电光电子学效应的微纳米柔性应力传感阵列,基于应力发光材料的自发光效应的应力可视化传感,以及基于摩擦电阵列传感器件的局域应力自供能实时传感这三个方面引起了相关研究领域的广泛关注。迄今为止,已在主流国际学术刊物发表标注本基金资助的学术论文13篇,其中被中科院一区所收录的期刊论文有11篇,在材料学顶尖期刊Advanced Materials上发表论文4篇,ESI高引用论文1篇,以及约稿综述2篇;参加国际和国内学术会议报告5人次;应邀作为SCI期刊Journal of Nanomaterials的客座编辑出版Functional Devices for Clean Energy and Advanced Sensor Applications专辑。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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