高温热冲击下花岗岩内一维热传导规律试验研究

热对岩石物理力学性质的劣化作用受岩石的结构、矿物组成及分布等多方面因素共同决定。为解决工程中存在的半无限大物体经历高温热冲击时其内部的一维热传导问题,通过设置高温热冲击试验,对热冲击过程中的温度场、升温速率、温度梯度场进行分析,并引入热冲击因子来定量表征高温热冲击过程中热对岩石的破坏程度,探讨热源温度及介质对花岗岩传热的影响,研究结果表明:不同冲击温度下花岗岩内温度变化均分为3个阶段:快速升温阶段、缓慢升温阶段、稳定阶段;由于花岗岩的非均质性,高温热冲击下花岗岩内温度场和温度梯度场分布均具有紊乱性,且温度梯度场紊乱程度高于温度场;高温热冲击过程中热冲击因子在花岗岩内的分布具有明显的非均质性,且其波峰具有动态移动的性质;100℃时,水相对硅油具有更大的对流换热系数,此状态下花岗岩内温度、升温速率、温度梯度均具有更大的峰值且更早进入稳定阶段。

低压等离子喷涂NiCoCrAIYTa涂层的抗燃气热冲击性能研究

为了保障涡轮叶片材料的抗高温氧化与耐热腐蚀性能,采用低压等离子喷涂技术在航空发动机涡轮叶片试验件上成功制备了NiCoCrAlYTa涂层。通过对不同粉末制备的NiCoCrAlYTa涂层进行1000℃/75 h燃气热冲击试验,研究了带涂层叶片尺寸、涂层表面形貌、相组成和显微组织、涂层厚度和均匀性等性能参数的变化。结果表明:热冲击试验后,不同涂层叶片的整体尺寸未发生显著变化,表明涂层在高温环境下具有稳定的尺寸;涂层表面形成了Al_(2)O_(3)膜和NiAl_(2)O_(4)尖晶石,保留了较好的结构完整度,这有助于提高涂层的耐腐蚀性能;涂层的物相组成主要包括γ-Ni、γ’-Ni_(3)Al和少量的β-NiAl,形成了贫Al区、互扩散区、二次反应区等典型微区结构,析出的TCP相为R相,表明在热冲击过程中涂层发生了相变;不同粉末制备的NiCoCrAlYTa涂层均表现出了良好的抗热冲击性能,为航空发动机涡轮叶片的高温应用提供了可行的涂层方案。

基于Anand模型的BGA封装热冲击循环分析及焊点疲劳寿命预测

BGA封装在电子元器件中的互连、信息传输等方面起着重要作用,研究封装元件的可靠性以及内部焊点在高温、高湿、高压等极限条件下的稳定性显得尤为重要。基于Anand模型分析了封装元件在热冲击下的塑性变形和应力分布,同时对不同空间位置焊点的最大应力与主要失效位置进行了对比,并运用Darveaux模型计算出焊点最危险单元的裂纹萌生、裂纹扩展速率和疲劳寿命。结果表明,在热冲击极限载荷下,封装元件的温度呈现对称分布,表面温度与内部温度差较大,约为15℃;最大变形为0.038 mm,最大变形位置为外侧镀膜处;最大应力为222.18 MPa,内部其余部分的应力值为20 MPa左右。对于内部焊点,最大应力为19.02 MPa (250 s),应力最大位置在锡球下方边缘,预估其疲劳寿命为6.29天。

热冲击高强钢焊接接头的低周疲劳及断裂机理研究

为了研究热冲击下高强钢焊接接头的低周疲劳性能及断裂机理,用电弧焊焊接Q345结构钢,分别在-20~400℃、-40~650℃、-60~900℃下对焊接接头进行循环冲击,用疲劳试验机加载低周疲劳载荷,分析热冲击温度对低周疲劳性能及疲劳强度的影响,并用扫描电子显微镜等分析焊接接头的断裂机理。结果表明:相同疲劳加载次数下,焊接接头的总应变幅值随热冲击循环次数的增加匀速下降;相同热冲击循环次数下,疲劳加载次数越多,焊接接头的应变幅值越小;相同疲劳加载次数和相同热冲击循环次数下,随冲击温度范围的扩大,焊接接头的总应变幅值逐渐减小,但总应变幅值整体变化与冲击温度范围正相关。

氨燃料管状SOFCs中热冲击影响与性能的模拟研究

研究氨燃料固体氧化物燃料电池(solidoxidefuel cells,SOFCs)热冲击的产生机理将会给电池的温度管理、可靠性管理及电池的性能优化提供更多可能性。但由于化学、电化学的反应过程复杂、模型仿真所涉物理场较多,鲜有关于氨燃料SOFCs的仿真研究。为此,该文通过建立耦合了吸热的氨气裂解反应、电化学反应、局部电流分布、温度分布以及物质流动的仿真模型,分析了单个阴极支撑的管状直接氨气裂解SOFCs的热冲击(热应力和热对流)形成机理。研究得出,过快且不均衡的氨气裂解反应是电池局部低温产生的主要原因,这会直接造成电池整体出现376K的温差。通过采用氨气预重整的方法能使氨SOFCs在相同操作电压下温度分布更均匀,平均温度更高,在800℃的环境温度下96%预重整的氨SOFCs能将阳极的温度极值差从62.16 K降为1.0 K,电池内部的温度分布得到显著改善。该研究可为氨燃料SOFCs的热管理优化提供重要理论依据,此外,该文详细展示的氨燃料SOFCs耦合模型的建模方法可以为用其他富氢气体做燃料的SOFCs的模拟仿真研究提供思路。

银含量对快速热冲击下Sn−xAg−0.5Cu焊点显微组织和力学性能的影响

使用高频感应加热设备研究Ag含量对快速热冲击下Sn−xAg−0.5Cu焊点的显微组织和剪切强度的影响。结果表明,Ag含量的增加使焊点表面更致密光滑,减少焊点内部长条状Cu6Sn5金属间化合物(IMC)的产生,从而提高焊点的抗氧化性。Ag能够加快焊点界面IMC层的生长速度,Cu6Sn5层的生长速度由体扩散和晶界扩散共同决定,Cu3Sn层的生长速度由体扩散和界面反应共同决定。在快速热冲击环境下,焊点的断裂模式从韧性断裂转变为脆性断裂,而高Ag含量使得焊点的断裂模式转变时间更短,降低焊点的抗热疲劳性能。

气孔结构参数对氧化镁耐火材料热冲击过程的影响

以氧化镁耐火材料为对象,研究了耐火材料热冲击过程中气孔结构参数对其温度分布以及热应力分布的影响。基于热弹性理论和有限元方法,建立了二维热冲击有限元模型和不同气孔模型,分析了耐火材料的损毁机理。数值模拟实验结果表明,耐火材料在热冲击过程下不断受到热应力的作用,最大热应力会在热冲击初始阶段产生,材料的危险部位位于靠近材料上表面的气孔边缘处。在其他条件不变时,随着温度的升高,氧化镁耐火材料受到的热应力增大;热应力随着材料的气孔率增大而减小;热应力随气孔位置与耐火材料表面距离的减小而增大。该研究结果可为耐火材料的设计和热处理设备运行参数控制提供依据。

高温热冲击试验对熔融石英陶瓷天线罩材料性能的影响

熔融石英陶瓷材料由于其低膨胀系数、低导热系数、低介电常数及介电损耗、耐腐蚀以及热稳定性好等优点被认为是新型飞行器天线罩的潜在材料。通过对熔融石英天线罩在短时热冲击试验前后的材料性能进行对比,以及对材料性能测试、扫描电镜及XRD开展分析,发现由于热冲击时扩散迁移行为,使熔融石英颗粒熔融连接成片,显著提高了材料的弯曲强度。同时,试验后材料密度、线膨胀系数、比热容、介电性能等未发生明显变化。

热冲击下四边简支浅壳的动态突跳行为

准确地分析和预测浅壳结构在热冲击下的动态稳定性和结构完整性,对于工程中普遍使用的壳结构的设计和优化具有重要意义。利用非线性浅壳理论,并使用Ritz法和Newmark直接积分法研究了内表面受热冲击作用的四边简支各向同性浅壳的动态突跳(snap-through)行为。分析结果表明:浅壳在足够强的热冲击下会发生动态突跳,而在突跳前后都会发生较剧烈的热振动;Budiansky-Hutchinson准则可用于判定发生动态突跳的临界热冲击条件。

高热值低热冲击热电池加热剂研究

为研发高热值、低热冲击的热电池加热剂,对不同类型活性铁粉的微观形貌、粒度分布、比表面积等进行表征分析,并对不同配方加热剂的成形性、可燃性、热值和燃烧温度等进行了测试。研究结果表明:活性铁粉的微观形貌和特性对加热剂的成形性和可燃性影响较大,珊瑚簇状的活性铁粉制备的加热剂成形性和可燃性最好,制备成的高热值加热剂燃烧时热冲击较小;同时,通过提高高氯酸钾的占比或在其中加入一定量的铝粉,可在热冲击无明显增大的情况下,大幅提高加热剂的热值。本研究有望为高比能量热电池产品的设计开发提供重要参考和指导意义。

热冲击下含缺陷超高压管的弹塑性有限元分析

含有轴向裂纹的内压管,在热冲击作用下产生的热应力会使应力场发生变化,塑性极限内压也将发生变化.对热冲击下的外壁含有缺陷的超高压聚乙烯反应管的瞬态温度场和应力场进行有限元模拟.利用扩展有限元法,得到裂纹扩展过程中裂纹尖端的应力场云图.将单独内压作用时得到的塑性破坏压力值与PCORRC(Problem Context Opinion Reason Refutation Conclusion)准则的预测值进行一致性对比,验证有限元模型和采用的损伤失效准则的有效性.在热-力耦合场中,通过对裂纹前沿各位置的单元的瞬态应力以及反应管极限内压的分析,显示出瞬态温度效应对结构的承载力影响较大.热冲击下管子内壁的自增强作用使得具有外裂纹的反应管更容易产生塑性破坏.

SiC/SiC复合编织管的抗热冲击性能与失效机理研究

以二维二轴编织的SiC/SiC复合编织管为研究对象,研究其抗热冲击性能及失效机理。自主搭建了基于石英灯辐照加热的循环热冲击试验平台,基于该平台开展了SiC/SiC复合编织管的循环热冲击试验考核,并对循环热冲击后的复合编织管进行了径向压缩测试,探究了复合编织管力学性能与破坏机理,拟合得到了热冲击强度退化经验公式。研究结果表明,搭建的循环热冲击试验平台能够模拟快速升降温的实际服役环境,最高升温、降温速率在试验过程中分别可达约40、60℃/s。随着热冲击循环次数的增加,SiC/SiC复合编织管环向拉伸强度下降,且降幅随之增大。热冲击产生的热应力导致纤维周围的基体产生微裂纹,弱化了纤维束与基体之间的连接,这是复合编织管强度降低的原因之一。拟合的强度退化经验公式能够准确描述强度退化规律,可以满足工程应用需求。

Y改性Cr-Al渗层的组织及抗热冲击性能

采用粉末包埋渗法在DZ125镍基合金表面制备了Cr-Al-Y渗层。借助扫描电镜、能谱仪及X射线衍射仪,对Cr-Al-Y渗层组织结构及相组成进行了分析表征,对比研究了DZ125镍基合金基体及Cr-Al-Y渗层的抗热冲击性能。结果表明:经1050℃保温4 h所制备的Cr-Al-Y渗层均匀、致密、连续,厚度约为120μm,具有明显的沉积-扩散分布特征,渗层由外向内依次为Ni_(3)Cr_(2)、Ni_(3)Al浅表层,富含Ni_(3)Al的Ni_(3)Cr_(2)外层、Ni_(3)Cr_(2)中间层和Ni_(3)Cr_(2)、Ni_(3)Al内层。1000℃热冲击实验显示,DZ125基体热冲击31次后出现点状剥落,热冲击114次后目视可见裂纹,热冲击145次后表面出现块状剥落。Cr-Al-Y渗层热冲击142次后在渗层边缘出现细小裂纹,热冲击181次后出现可视细小裂纹,但渗层未出现剥落现象。这表明Cr-Al-Y渗层与基体合金之间不但具有良好的膜基结合力,还能在一定程度上提升DZ125基体合金的抗热冲击性能。

基于辐射加热的涡轮叶片热冲击试验方法

针对涡轮叶片热冲击试验的需求,提出了一种基于石英灯辐射加热的涡轮叶片热冲击试验方法。采用高功率双排石英灯进行辐射加热、氮气和水雾相结合进行主动冷却、伺服作动系统进行加热冷却循环运动控制。通过仿真计算分析了辐射加热方式和气雾结合冷却方式的可行性和有效性,并根据仿真结果开展了加热器、冷却设备设计,构建了基于石英灯辐射加热的涡轮叶片热冲击试验系统,实现了50次冷热循环的热冲击试验考核。结果表明:采用石英灯辐射加热和气雾结合降温的试验方法可以模拟涡轮叶片热冲击所需的温度场和升降温速率。基于石英灯辐射加热的热冲击试验方法有效、可靠,能够精确模拟叶片温度场,大部分特征点温度控制偏差均小于5%,可应用于涡轮叶片热冲击试验。

活塞热冲击有限元分析

在热冲击试验的基础上,采用ANSYS软件对活塞在高、低周波矩形热冲击模式下的温度响应、热应力进行了计算和分析。计算结果表明:在高、低周波热冲击下,活塞的温度响应有着不同的特性。计算结果对活塞热疲劳分析有着重要的参考价值。

活塞热冲击集总参数模型的随机温度分析

将随机过程理论与热传导理论相结合,分析了内燃机随机热冲击的随机成分对活塞温度场的影响,建立了与热冲击试验台加热环境相适应的矩形热冲击模型和集总参数导热模型,求得了相应的解析解,并利用迭代法求得其随机解及其均值、均方值和方差。在试验台上的活塞温度场测试结果表明随机热激励模型可以更精确地模拟活塞的受热响应。集总参数模型给出了活塞随机温度随时间变化的基本规律,为定性分析活塞温度场随机变化规律提供了依据。

承压热冲击对核压力容器强度的影响

主要研究核压力容器承压热冲击(PTS)的瞬态过程，对热应力和机械应力产生的耦合效应进行分析，评价承压热冲击事件对容器强度的影响。利用有限元方法，建立合理的三维计算模型，模拟核压力容器进出口水管附近的承压热冲击的过程和特性。承压热冲击的历程大体在几百秒量级。热冲击产生的应力大于压力变化产生的应力，最大应力出现在接管和容器的接口附近，在这些区域产生局部塑性区。

核电站余热排出泵热冲击回路设计

为检验余热排出泵的耐热冲击能力及其运行稳定性,基于能量守恒定律和冷态、热态回路不同工况的实际要求,设计了热冲击回路系统,并对主要设备进行热平衡计算,以确定设备型号.设计的热冲击回路系统包括冷态、热态两回路,通过三通阀的自动切换作用,进行冷态、热态条件的及时切换试验,以模拟核动力装置中余热排出泵的实际工作状况.试验结果表明,设计的余热排出泵热冲击回路系统可较为真实地模拟核动力装置实际运用情况;对设备进行的热平衡计算确定了主要设备型号;构建便捷的冷态、热态切换方式,可验证泵各部件的耐热冲击能力.

高周波活塞热冲击计算与分析

本文用6150柴油机燃气温度拟合成三角形热冲击模式,作为活塞顶面的热激励源,建立了高周波三角形热冲击及集总参数导热模型,计算该活塞顶面温度响应曲线及其变化规律,以作为活塞顶面热疲劳分析和研究的基础。

等离子堆焊参数对合金层热冲击性能的影响研究

高温镍基合金具有良好的耐高温腐蚀、耐高温磨损和高温强度,被用作柴油机气阀密封面堆焊材料。但是,密封面合金层堆焊质量不能有效通过热冲击检测,热冲击后合金会开裂,影响着产品的应用和推广。基于此,文章研究堆焊线速度对合金热冲击通过性的影响,采用等离子堆焊技术,在45Cr9Si3材质的气阀上以不同的焊接线速度,制备3组Colmonoy56 SPL粉末合金堆焊层,然后通过金相组织观察、硬度测试等手段分析合金层的微观组织、洛氏硬度。试验结果表明:镍基高温合金堆焊参数区间窄,线速度是影响合金层抗裂性的主要变量;针对试验气阀,70 mm·min^(-1)的堆焊线速度可以有效解决热冲击后合金开裂这一应用难题,使产品满足热冲击检测的要求。