论文用于动态断裂试验的高温炉设计与温度场模拟是关于高温炉方面的论文题目、论文提纲、高温炉论文开题报告、文献综述、参考文献的相关大学硕士和本科毕业论文。
摘 要: 根据在分离式霍布金森压杆上进行岩石的高温动态断裂试验的要求设计了一 个高温炉,并通过ANSYS程序对高温炉温度场进行模拟,得到了高温炉的温度场分布图.此 外,还对包括试件和压杆(入射杆与透射杆)在内的试验系统温度场进行了模拟,比较了试 件与压杆接触加热和分离加热两种计算结果.结果表明,采用压杆与试件分离加热方式可使 试件获得均匀温度场.
关键词:高温炉;温度场模拟;动态断裂;冲击压缩
中图分类号:TU458文献标识码:A文章编号:1672-1098(2010)01-0035-07
Design of Furnace for Dynamic Fracture Experiment and
Its Temperature Field Simulation
XU Wen-jun1,ZAN Xiang2,WANG Yang2,GONG Neng-ping1
(1. Institute of Applied Mechanics, Anhui University of Science and Technology,H uainan Anhui 232001, China;2. Department of Modern Mechanics, CAS Key Laboratoryof Mechanical Behior and Design of Material, University of Science and Techno logy of China, Hefei Anhui 230026, China)
Abstract:Based on the aim of experimental study of dynamic fracture behior ofrock carried out on split Hopkinson pressure bar (SHPB), a heating furnace is d esigned. The temperature distribution of the furnace is calculated by utilizingANSYS software. Additionally, the thermal fields of experimental system, includi ng specimen and incident and tranitted bar, is also simulated. The temperaturedistributions when specimen and bars contacted and separated are compared. Theresults indicate that uniform thermal field of specimen can be achieved by separ ating specimen and bars when heating.
Key words: furnace; temperature field simulation; dynamic fracture; impact compr ession
分离式Hopkinson拉/压杆装置是测试材料动态力学性能的常用设备.为研究材料在不 同温度下的动态力学行为,近年来在上述设备上增加了形式多样的高低温设备,并开展了 大量的相关研究.大多数工作是集中在金属材料在不同温度下的力学行为测试.在 实 施高温试验时,根据试验条件和试验目的的不同,加温方式主要有辐射加热[1-5] 、接触传导加热[6]、感应加热[7]和燃烧喷火加热[8]等.
近些年来,在矿产资源开采、地下工程建设以及高放射性核废料贮存中,人们需要研究 掌握岩石的动态断裂性能及温度对断裂韧度的影响.因此,有必要开展岩石在不同温度下的 动态力学行为研究,并为工程设计与施工提供可靠的参数与依据.然而,岩石不导电且导热 差,加热过程中容易开裂,其加热方式必然不能直接运用加热金属的加热方式.此外,由于岩石的不均匀性,用于动态测试的岩石试件尺寸往往较大,故一般采用缓慢地辐射加热的方式对岩石进行加热,使岩石试样缓慢升温并获得较均匀的温度场.文献[9]用短圆柱岩石 试件做高温动态断裂试验,并使用高温炉对试件加热,但其未对试件温度场均匀性做进一步 分析,而且对高温炉的结构及其设计中考虑的因素未做详细的介绍.
本文拟设计一套用于霍布金森压杆(split hopkinson pressure bar,SHPB)装置上实施高 温动态断裂试验的试件加温系 统.在考虑了试件材料、尺寸以及压杆装置支撑系统的特殊性等条件的基础上,给出加温系 统的设计方案.此外,对高温炉和试件温度场进行了数值模拟分析,为研究岩石材料的高 温动态断裂性能提供试验基础.
1 高温炉的设计
1.1 设计背景
本课题所使用的试验设备为式SHPB装置(见图1),其结构包括:发射系统、 内弹道撞击系统和压杆滚动支撑系统.为了提高压杆系统的共轴度,采用了滚动形式的支撑 系统(见图2),压杆穿过精密重砝码式滑块组件轴心,被支撑于精密V型导轨内,从而保证 了入射杆与透射杆之间很高的共轴精度以及支撑系统的稳定可靠性[10].1.发射系统;2.内弹道撞击系统;3.压杆滚动支撑系统
图1 SHPB装置示意图
图2 压杆滚动支撑系统示意图
在此装置上将进行中心裂纹巴西圆盘岩石试件的高温断裂试验,高温炉的设计应考虑以 下因素:滚动支撑系统的结构形式,试件尺寸及形状,中心裂纹圆盘动态断裂试验的要求, 高温炉对压杆系统的热影响等.此外,还应遵循容易加工、方便安装等原则.
1.2 设计方案
为叙述方便,这里规定直角坐标系的原点O在炉体几何中心,沿压杆轴向为z方向,横 截面高度方向为y向,水平方向为x向.
(1) 外形的选取 由于高温炉要放置在SHPB装置的V型导轨上,故高温炉炉体呈圆柱形,其直径与滑块(见图2 )直径相同,为104 mm.该设计方式有以下主要特点:易平稳放置且能保证炉 体与压杆共轴;受V型导轨约束,尺寸受限制,在各对称结构中圆形截面面积最大;从机械 加工角度考虑,高温炉圆筒状外壳易加工.
(2) 确定内腔横截面形状 试件为薄圆盘,外形尺寸为50 mm×5 mm,直径与厚度的尺寸 相差较大.同时由于高温炉 外形直径仅为104 mm,过大的内腔尺寸必然会引起保温层厚度过小,从而导 致高温炉外壳温度过高,对V型导轨产生热影响.为了保证试件温度场均匀性、提高高温炉 的保温性能并减小高温对滚动支撑系统的影响,应尽量减小内腔空间.在便于试件放置的情 况下,选择横截面为矩形的长方体内腔,其尺寸x方向为60 mm,y方向 为36 mm,z方向为70 mm.
(3) 试件放置方向的选择 相比其他方向放置试件而言,水平方向放置更为容易,块规[11](此部件在试验时 与高 温炉配套使用,用于确定中心裂纹圆盘试件的裂纹面与压杆轴向方向夹角)放置也较为方便 .而且在内腔空间有限的情况下,考虑内腔中需安装其他组件,试件水平放置更加合理.同 时在冲击压缩试验过程中支架对试件垂直裂纹面方向的变形约束小,试验结果更加可靠.
总结:本文是一篇关于高温炉论文范文，可作为相关选题参考,和写作参考文献。
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