航天飞行器由于增速增程的需求,对热防护材料提出了更高的要求。近年来,以泡沫材料为夹芯结构的热防护系统引起人们越来越多的关注。这类泡沫材料可以最大限度地减轻结构重量、耐高温、抗腐蚀,满足热防护结构设计的要求。目前,在泡沫夹芯结构高温热防护系统设计中,陶瓷泡沫材料因具有质轻、热导率低、高温稳定性好等特点而成为最具前景的候选材料。但由于陶瓷泡沫材料属于脆性材料,在生产和使用过程中极易产生裂纹。因此,对含裂纹陶瓷泡沫材料进行热冲击阻力分析,建立高温环境下陶瓷泡沫材料的热冲击阻力评价方法是至关重要的。基于此,本文研究陶瓷泡沫材料的热冲击阻力行为,主要研究内容如下:针对含有边界裂纹半无限大陶瓷泡沫材料,研究了其在瞬时热应力作用下的热冲击阻力行为。首先,对陶瓷泡沫材料进行传热分析,计算出不含裂纹时材料内部的温度场和热应力场。然后,通过叠加原理,获得了裂纹尖端的热应力强度因子。给出了热应力及热应力强度因子与相关参数(如相对密度、时间等)变化关系的数值结果。研究分析了温度荷载和相对密度对裂纹稳定性的影响。最后,基于应力准则和断裂韧性准则,获得了热冲击阻力曲线,并且得到了应力准则和断裂韧性准则应用的临界条件。基于含有边界裂纹和中心裂纹两种不同位置裂纹的有限大陶瓷泡沫材料,研究了其在温度荷载作用下的热冲击阻力行为。利用分离变量法和权函数法获得了重要的断裂力学参量,如材料内部的热应力、裂纹尖端的热应力强度因子等。对热应力强度因子与裂纹长度变化关系的数值结果进行分析,获得了裂纹扩展曲线。基于能量守恒原理,获得了热冲击阻力与裂纹长度关系的变化规律。对于边界裂纹,研究发现冷冲击下裂纹扩展速度先增大后减小,并进一步从能量观点对这一现象进行了合理解释。对于中心裂纹,结果显示热冲击下裂纹不易发生扩展。通过对陶瓷泡沫材料的热冲击阻力分析,发现陶瓷泡沫材料的热冲击阻力随裂纹长度的增加先增大后减小。对含有边界裂纹的陶瓷泡沫涂层–基底系统,建立了涂层-基底双材料热冲击断裂分析模型。所研究的涂层-基底系统为性能不同的线弹性材料,涂层内裂纹尺寸与涂层厚度是可比的。通过叠加原理,将表面裂纹问题归结为求解奇异积分方程问题,获得了陶瓷泡沫涂层内裂纹尖端的热应力强度因子。将涂层-基底模型分析方法运用于含有边界裂纹、半无限大陶瓷泡沫材料的断裂问题,并与半无限大陶瓷泡沫材料数值方法获得的结果进行对比,验证了模型分析方法的正确性。获得了裂纹扩展曲线,分析了相对密度和温度荷载对陶瓷泡沫涂层内边界裂纹稳定性的影响。应用数值分析方法,获得了裂纹尺寸与涂层厚度不同比例下的热冲击阻力,结果表明裂纹尺寸与涂层厚度之比越大,热冲击阻力越小。当陶瓷泡沫材料内部辐射导热占据主导地位时,材料性能参数与温度相关性不能忽略。为此,论文第四部分研究了性能参数与温度相关时陶瓷泡沫材料的热冲击阻力。考虑两种典型工况:热冲击和冷冲击。应用有限差分和权函数方法,获得了裂纹尖端热应力强度因子与各变量之间的函数关系表达式。结果表明性能参数与温度相关时所获得的热应力和热应力强度因子低于性能参数与温度无关时所获得的结果。对裂纹稳定性进行分析,发现裂纹在冲击初始阶段会发生不稳定扩展。基于断裂韧性准则和应力准则分别给出了热冲击和冷冲击条件下陶瓷泡沫材料的热冲击阻力曲线,并和性能参数与温度无关时所获得的热冲击阻力进行对比,发现性能参数与温度相关时所获得的结果受材料相对密度影响较大。对相对密度不同的氧化铝陶瓷泡沫材料进行冷冲击断裂实验,发现所得实验结果与理论预测结果的趋势一致。