蠕变（持久）试验机用高温炉的研制

论文摘要

随着材料科学技术和航空航天工业的迅猛发展,对材料的要求正向着耐更高温度、承载更大载荷、以及良好的塑性和韧性方向发展。高温下,长期作用载荷将影响材料的力学性能。试验结果表明,如高于一定温度,且应力超过某一限度,则材料在这一固定应力和不变温度下,随着时间的增长,变形将缓慢加大。这种现象称为蠕变。为了研究材料的蠕变特性,有必要开发蠕变(持久)试验机。高温炉是蠕变(持久)试验机的重要组成部分,它的性能直接影响到试验数据的准确与否。目前,蠕变试验机生产厂家为试验机配备的高温炉炉膛长度只满足单个试件的蠕变试验。由于蠕变试验持续时间长,因此试验效率很低。本文设计了更大的高温炉来满足两根试件同时试验,同时设计炉内传力机构,可以实现两根试件串联试验。这样,一次加热保温,一次加载就可以实现两根试件同时进行试验,并且一根试件断裂或伸长量过大时另一根试件可以继续试验。本文从高温炉及传力机构所要实现的功能出发,设计并分析了炉内串行传力机构,使两根试件同时试验成为可能。根据一维稳态热传导理论设计高温炉的炉体结构,使其保温性能最优。最后,高温炉内传热形式为辐射传热,根据辐射传热理论,运用FUENT有限元分析软件,分析新型高温炉的炉内温度场情况,并对加热方式提出改进措施以满足蠕变试验标准对温度场的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出与研究意义
• 1.2 国内外研究现状及发展动态
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 发展动态
• 1.3 本文主要研究内容
• 1.4 论文架构与分析流程图
• 第2章 炉内传力机构的结构设计
• 2.1 DZ125材料介绍
• 2.1.1 概述
• 2.1.2 DZ125的性能
• 2.2 功能的实现
• 2.3 各零件的设计
• 2.3.1 试样
• 2.3.2 各部位尺寸的确定
• 2.4 传力机构的最终结构
• 2.5 小结
• 第3章 炉体结构设计
• 3.1 耐火层
• 3.1.1 氧化铝
• 3.1.2 耐火层形态
• 3.2 外壳
• 3.3 保温层
• 3.3.1 硅酸铝纤维棉
• 3.3.2 传热学基础
• 3.3.3 保温层厚度的确定
• 3.4 高温炉的炉体尺寸和整体结构
• 3.5 小结
• 第4章 强度校核
• 4.1 有限元法及ANSYS概述
• 4.2 机构承受静载荷的强度校核
• 4.2.1 中间连接芯的强度校核
• 4.2.2 两侧辅助拉杆的强度校核
• 4.3 机构承受冲击载荷的强度校核
• 4.4 小结
• 第5章 炉内温度场分析及分段加热方法
• 5.1 试验标准对温度的要求
• 5.1.1 温度偏差和梯度
• 5.1.2 均温带长度
• 5.2 FLUENT介绍
• 5.3 辐射传热方程
• 5.4 FLUENT中的辐射传热模型
• 5.5 离散传播辐射模型（DTRM）
• 5.6 对模型的求解
• 5.6.1 模型的建立
• 5.6.2 网格划分
• 5.6.3 边界条件的施加
• 5.6.4 求解及结果分析
• 5.7 分段加热方法
• 5.7.1 模型的建立
• 5.7.2 网格划分
• 5.7.3 边界条件的施加
• 5.7.4 求解及结果分析
• 5.8 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢