热防护技术是关乎高超声速飞行器安全、可靠、高效飞行的关键技术之一，防热材料宏细观烧蚀理论是开展热防护材料与结构高温服役性能评价，以及热防护系统精细化设计的基础和前提。本书基于作者团队二十余年的科研成果和研究积累，从宏观、细观角度出发，下册详细阐述陶瓷基复合材料氧化烧蚀和热冲击性能分析方法，介绍承载/防热一体化热结构传热特性和高温力学响应分析方法。
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1986-1990 哈尔滨工业大学，工程力学专业，本科
1990-1993 哈尔滨工业大学，复合材料专业，硕士
1993-1996 哈尔滨工业大学，固体力学专业，博士996-1998 原哈尔滨建筑大学，力学博士后流动站
1998-2002 哈尔滨工业大学航天学院，副教授
2002-2007 哈尔滨工业大学航天学院，教授，博士生导师
2007-2015 哈尔滨工业大学高性能计算中心，主任
2016-至今 北京理工大学先进结构技术研究院，教授，博士生导师作为通讯作者、第一作者发表论文180篇，其中SCI检索157篇、其他核心期刊检索81篇。中国力学学会固体力学专业委员会委员；中国复合材料学会副秘书长、奖励工作委员会主任委员；SAMPE北京分会常务理事、通讯委员会主任委员
目录
序
前言
第1章 热防护材料与结构的分类及应用概述 1
1.1 非烧蚀型防热复合材料1
1.1.1 超高温陶瓷材料.2
1.1.2 C/SiC 复合材料 3
1.1.3 陶瓷防热瓦 4
1.2 防热涂层材料 6
1.2.1 烧蚀型防热涂层材料 7
1.2.2 非烧蚀型防热涂层材料 7
1.3 热防护结构的类型及应用 9
1.3.1 被动防热方案 10
1.3.2 半被动防热方案 11
1.3.3 主动防热方案 12
1.3.4 主被动结合防热方案 13
1.3.5 多功能热防护结构 14
1.3.6 新型热防护机制 15
参考文献 16
第2章 防热涂层烧蚀理论 17
2.1 硅橡胶基防热涂层的热分解特性分析方法 17
2.1.1 组分相材料热失重分析 18
2.1.2 硅橡胶基防热涂层热失重分析 19
2.1.3 硅橡胶基防热涂层热解动力学模型 21
2.2 环氧树脂基防热涂层的热分解特性分析方法 27
2.2.1 环氧树脂基防热涂层热失重分析 27
2.2.2 环氧树脂基防热涂层热解动力学模型 28
2.3 硅橡胶基防热涂层高温环境下烧蚀机理分析 37
2.3.1 辐射热流环境下烧蚀过程分析 37
2.3.2 烧蚀防热机理分析 43
2.4 硅橡胶基防热涂层的烧蚀和热响应耦合分析方法 45
2.4.1 烧蚀和热响应耦合预报模型 45
2.4.2 耦合预报模型的数值求解方法 53
2.4.3 典型热流载荷下烧蚀–热响应特性分析 56
2.5 环氧树脂基防热涂层的烧蚀机理及模型 61
2.5.1 辐射热流/燃气流环境微结构演化机理 61
2.5.2 热化学烧蚀模型 67
2.6 硅橡胶基防热涂层的高温力学性能分析方法 74
2.6.1 拉伸载荷下硅橡胶基涂层的力学行为 74
2.6.2 拉剪载荷下硅橡胶基涂层的力学行为 81
2.7 环氧树脂基防热涂层的高温力学性能分析方法 85
2.7.1 拉伸载荷下环氧树脂基涂层的力学行为 85
2.7.2 拉剪载荷下环氧树脂基涂层的力学行为 94
参考文献 100
第3章 防热材料力–热–化多场耦合理论 101
3.1 力–热–化多场耦合分析模型 102
3.1.1 传热/扩散/变形问题与基本假设.102
3.1.2 能量守恒方程 102
3.1.3 气体相扩散方程 103
3.1.4 固体相平衡方程 104
3.2 多场耦合条件下热/力学响应的有限元实现 106
3.3 非接触式高温变形测量试验 110
3.3.1 试验测试方法 110
3.3.2 热暴露后表面形貌分析 114
3.3.3 温度响应分析 117
3.3.4 高温变形分析 118
3.4 高温刚度性能分析方法 120
3.4.1 考虑热软化效应的高温刚度模型 121
3.4.2 考虑烧蚀演化影响的高温刚度模型 122
3.4.3 防热复合材料高温刚度衰减规律 126
3.5 高温强度性能分析方法 128
3.5.1 考虑热软化和烧蚀演化影响的高温强度模型 128
3.5.2 防热复合材料高温强度衰减规律 130
3.6 高温强度与模量测量试验 132
3.7 典型防热复合材料热/力学响应分析 135
3.7.1 高硅氧–酚醛混杂纤维增强酚醛复合材料的二维热/力学响应 135
3.7.2 高硅氧–酚醛混杂纤维增强酚醛复合材料的三维热/力学响应 141
3.7.3 石英–芳砜纶混编纤维增强酚醛复合材料的三维热/力学响应 154
参考文献 164
第4章 陶瓷基复合材料的氧化烧蚀理论 167
4.1 陶瓷基复合材料的烧蚀机理 168
4.1.1 低温区(700～1200℃) 168
4.1.2 中温区(1200～1600℃) 168
4.1.3 高温区(1600～1800℃) 169
4.1.4 超高温区 (>1800℃) 170
4.2 陶瓷基复合材料的氧化烧蚀模型 171
4.2.1 SiC耗尽层的形成过程 171
4.2.2 氧化–相变过程中组元材料及孔洞的演化过程 173
4.2.3 SiC 耗尽层孔隙率的演化规律 177
4.3 陶瓷基复合材料热冲击载荷下的失效机理 180
4.3.1 热冲击试验方法与过程 180
4.3.2 热冲击载荷下失效机理分析.180
4.3.3 残余应力对热冲击失效机理的影响 184
4.4 陶瓷基复合材料的热冲击行为预报方法 185
4.4.1 添加物对破坏模式的影响规律.185
4.4.2 超高温陶瓷材料的热冲击模型.192
参考文献 202
第5章 防热结构的传热理论.204
5.1 复合材料一体化热结构等效传热模型 205
5.2 考虑边界条件非线性的瞬态传热问题半解析方法 207
5.2.1 传热问题边界条件线性化方法.209
5.2.2 考虑非线性边界条件的瞬态传热问题控制方程 210
5.2.3 考虑非线性边界条件的瞬态热传导方程计算流程 215
5.3 考虑材料非线性的瞬态传热问题半解析方法 216
5.3.1 复合材料热物理性能线性化方法 216
5.3.2 考虑材料非线性的瞬态传热问题控制方程 219
5.3.3 考虑材料非线性的瞬态热传导方程计算流程 228
5.4 复合材料热结构传热特性测量试验 229
5.4.1 辐射热流环境复合材料热结构防隔热试验 229
5.4.2 氧乙炔焰环境复合材料热结构防隔热试验 232
5.5 复合材料热结构瞬态传热问题半解析方法验证234
5.5.1 边界条件非线性对传热特性的影响规律 235
5.5.2 材料非线性对传热特性的影响规律 237
5.5.3 边界条件及材料双重非线性对传热特性的影响规律 239
参考文献 244
第6章 防热结构的高温力学响应分析理论 246
6.1 复合材料热结构的等效弹性性能 247
6.1.1 等效弹性模量 249
6.1.2 等效剪切模量 258
6.1.3 等效泊松比 260
6.1.4 等效热膨胀系数 261
6.2 复合材料热结构的热变形预报方法 263
6.2.1 三明治夹芯结构的多层板理论.263
6.2.2 基于高阶位移理论的本构关系.264
6.2.3 基于有限元法的热变形预报模型 267
6.2.4 力/热载荷下复合材料热结构的高温变形规律 271
6.3 复合材料热结构的热应力预报方法 275
6.3.1 芯层热应力预报方法 275
6.3.2 面板热应力预报方法 283
6.3.3 力/热载荷下复合材料热结构的热应力特性 288
6.4 复合材料热结构的热屈曲特性预报方法 306
6.4.1 屈曲变形理论 306
6.4.2 基于有限元法的热屈曲特性预报模型 307
6.4.3 力/热载荷下复合材料热结构的屈曲特性 308
6.5 复合材料热结构的动态特性预报方法 310
6.5.1 热结构动态特性基本方程.310
6.5.2 基于有限元法的热结构动态特性预报方法 311
6.5.3 高温环境下复合材料热结构的动态特性 311
6.6 复合材料热结构的热弹性性能预报方法 316
6.6.1 热结构的热弹性问题描述.317
6.6.2 小变形假设下热弹性问题预报模型 318
6.6.3 大变形假设下热弹性问题预报模型 321
6.6.4 热结构的热弹性问题求解流程 325
6.6.5 高温环境下复合材料热结构的热弹性性能 325
6.7 复合材料热结构的高温力学性能试验 334
6.7.1 不同温度环境平压载荷下结构响应特性 334
6.7.2 不同温度环境剪切载荷下结构响应特性 338
参考文献 340
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