[發(fā)明專利]高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料溫度相關(guān)性硬度間接測量的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110015923.4
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112861312A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王如轉(zhuǎn);劉宇檬;李衛(wèi)國;萬宇;周珊;李定玉;賈碧;劉曉燕
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶科技學(xué)院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01N3/42;G06F111/10;G06F119/02;G06F119/08
• 代理公司: 重慶蘊(yùn)博君晟知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 50223
• 代理人: 王玉芝

本發(fā)明公開了一種高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料溫度相關(guān)性硬度間接測量方法，該方法對高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料高溫硬度試驗測量的難點(diǎn)進(jìn)行簡化，從易獲得的參數(shù)如材料的彈性模量、定壓熱容部分、熔化溫度等出發(fā)，建立高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料溫度相關(guān)性硬度數(shù)學(xué)式模型。本發(fā)明依據(jù)測得的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料彈性模量隨溫度變化的實(shí)驗數(shù)據(jù)和參考溫度下的硬度，建立不同溫度下材料硬度與彈性模量的數(shù)學(xué)式模型，計算不同溫度下與高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料彈性模量對應(yīng)的硬度，預(yù)測結(jié)果與真實(shí)值較為接近，避免了高溫硬度實(shí)驗帶來的困難，實(shí)現(xiàn)了在現(xiàn)有的條件下用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行材料硬度的預(yù)測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料溫度相關(guān)性硬度的間接測量方法。

技術(shù)背景

高溫結(jié)構(gòu)陶瓷(High-temperature structure ceramics)是指能夠在某種裝置、設(shè)備或者結(jié)構(gòu)中，能夠用作結(jié)構(gòu)材料并能夠在高溫條件下承受靜態(tài)或者動態(tài)的機(jī)械負(fù)荷的陶瓷。高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料具有抗氧化性、高溫耐腐蝕等性能優(yōu)越的特點(diǎn)，其力學(xué)、熱學(xué)性能良好，因此其應(yīng)用性好。其中超高溫陶瓷材料被廣泛應(yīng)用于航空航天的熱防護(hù)材料體系，如高超音速導(dǎo)彈、高超音速飛行器等。

本專利申請中所述的硬度是指高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料在不同溫度下的硬度。硬度是結(jié)構(gòu)材料的重要力學(xué)參數(shù)，因此對材料在不同溫度下的硬度進(jìn)行表征是非常重要的，如何正確評價高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料在不同溫度下的硬度是研究的基礎(chǔ)。高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料應(yīng)用環(huán)境多為高溫環(huán)境，其高溫下的硬度是衡量材料可靠性的重要參數(shù)，因此材料高溫硬度研究尤為重要。

目前對于高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料的硬度研究已經(jīng)有了部分成果，一些實(shí)驗測量了高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料在室溫至較高溫度下的硬度。考慮到實(shí)驗研究受制于費(fèi)用等因素，且材料硬度在高溫下的測量本身就比較困難，因此實(shí)驗研究所達(dá)到的溫度普遍達(dá)不到實(shí)際應(yīng)用的環(huán)境溫度。同時，目前對于高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料硬度的研究大部分偏向于實(shí)驗研究，要實(shí)現(xiàn)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料的全部潛力，需要對高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料更高溫度下的硬度表征進(jìn)行研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料溫度相關(guān)性硬度間接測量方法，它能預(yù)測在各溫度下高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料的硬度。

本發(fā)明所需要解決的技術(shù)問題是通過這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料溫度相關(guān)性硬度間接測量方法，其特征在于:依據(jù)測得的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料彈性模量隨溫度變化的實(shí)驗數(shù)據(jù)和參考溫度下的材料硬度，建立不同溫度下的材料硬度與彈性模量的數(shù)學(xué)模型式，計算不同溫度下與高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料彈性模量相對應(yīng)的材料硬度。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料溫度相關(guān)性硬度間接測量方法，其特征在于，建立不同溫度下材料溫度相關(guān)性硬度與彈性模量的數(shù)學(xué)式模型的步驟包括建立材料不同溫度下硬度與屈服強(qiáng)度的數(shù)學(xué)式模型、建立高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料發(fā)生屈服時包含熱能做功與機(jī)械能做功的總能量的定量表達(dá)式和建立不同溫度下與材料彈性模量相關(guān)的材料硬度數(shù)學(xué)式模型。

上述建立材料不同溫度下硬度與屈服強(qiáng)度的數(shù)學(xué)式模型為

H(T)＝cσ_P(T)

式中,H(T)為T溫度下材料的硬度，σ_P(T)為T溫度下材料的屈服強(qiáng)度，c為與溫度無關(guān)的材料常數(shù)(推導(dǎo)過程中可消除)。

上述建立高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料發(fā)生屈服時包含熱能做功與機(jī)械能做功的總能量的定量表達(dá)式為

式中W_TOTAL為對應(yīng)單位體積材料發(fā)生屈服的溫度無關(guān)的儲能極限值，T為當(dāng)前溫度，W_T(T)為對應(yīng)熱能，為T溫度下材料屈服時對應(yīng)的應(yīng)變能，K為熱能與應(yīng)變能之間的轉(zhuǎn)換系數(shù)。

上述建立不同溫度下與材料彈性模量相關(guān)的材料硬度數(shù)學(xué)式模型為