【摘 要】
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热防护材料服役环境越来越苛刻,如何表征和评价热防护材料的高温抗氧化性成为关键的科学问题,然而由于高温氧化过高温氧化过程涉及到氧化过程,氧化物的生成,力学性能的劣化等
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热防护材料服役环境越来越苛刻,如何表征和评价热防护材料的高温抗氧化性成为关键的科学问题,然而由于高温氧化过高温氧化过程涉及到氧化过程,氧化物的生成,力学性能的劣化等耦合性问题,其定量化的理论与计算分析一直是研究中的难点.本文基于材料热力学理论建立了适用于模拟材料高温氧化的相场方法,在考虑微结构演化的前提下,模拟高温扩散行为、高温氧化行为以及氧化生长应力的分布和演化,并与实验结果吻合良好.同时还考虑了界面曲率、氧化导致的体积变化、氧化生长应力,建立了氧化动力学理论模型,对材料的抗氧化性能进行定量分析预测.从理论上得到了Ⅰ型裂纹尖端氧浓度分布的解析表达式,揭示出裂纹尖端氧浓度的高奇异性,定量计算了裂纹尖端氧化区面积与外界环境载荷之间的关系,讨论了裂纹尖端氧化对于材料局部断裂行为的影响.
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