導(dǎo)電陶瓷超高溫試驗試件加熱及裝夾冷卻系統(tǒng)數(shù)值模擬、設(shè)計與優(yōu)化.pdf

1、超高溫陶瓷材料通常是指能在2000℃以上的高溫下使用的一類難熔陶瓷材料。為了測試超高溫陶瓷材料在極端溫度環(huán)境下的力學性能，必須營造極端高溫的試驗環(huán)境。目前國內(nèi)的高溫力學性能測試設(shè)備的最高工作溫度僅達1800℃。且通常采用的高溫爐加熱，熱效率低，高溫爐壽命短，試驗周期長，遠不能滿足此類材料超高溫力學特性測試所需要的環(huán)境條件。鑒于目前高溫理論的不足和試驗方法的限制，必須在該領(lǐng)域的試驗方法和設(shè)計思路上有所突破。
　　本文以硼化鋯材料為例

2、，以分析設(shè)計試件壓縮性能測試系統(tǒng)中的溫度場為目的，采用通電加熱模式的試驗方法，基于電加熱理論和傳熱理論，使用ABAQUS有限元分析軟件進行數(shù)值模擬。本文大致分為試件通電加熱和夾具系統(tǒng)冷卻兩大部分進行分別模擬設(shè)計：試件通電加熱部分主要通過失穩(wěn)分析對壓縮試件初始形狀進行選擇，并通過對其加熱后的溫度場分布圖和溫度分布曲線分析，以得到合理的溫度分布趨勢為目的，對試件進行進一步優(yōu)化設(shè)計，通過分析不同溫升率加熱試件對試件應(yīng)力場分布的影響，推測試件失

3、效的可能性；夾具冷卻系統(tǒng)部分主要在冷卻介質(zhì)的參數(shù)計算基礎(chǔ)上，通過分析對比在不同夾具形狀、不同冷卻槽形態(tài)下夾具表面的冷卻情況，從而對夾具的冷卻系統(tǒng)進行設(shè)計并優(yōu)化，并對整體進行模擬。
　　模擬結(jié)果表明，利用快速通電模式，能有效利用ZrB2試件的自身電阻，在低電壓大電流的情況下發(fā)熱從而迅速達到2700℃以上，并能通過對電壓的控制以獲得不同溫升率下試件的溫度分布；加大壓縮試件端面面積，能有效改善均溫區(qū)的溫度分布情況，并降低高溫區(qū)對電極帶來