广义热-扩散-化学-力学耦合作用下的金属高温氧化及破坏机理研究

项目名称： 广义热-扩散-化学-力学耦合作用下的金属高温氧化及破坏机理研究

项目编号： No.11402054

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 锁要红

作者单位： 福州大学

项目金额： 26万元

中文摘要： 高温氧化是金属材料老化和结构失效的重要机制，化学反应对此有重要影响。已有的化-力耦合大多局限于扩散-力学耦合或引入过多假设，关于化学反应-力-热耦合的研究国内外鲜有报道。本项目综合考虑温度、扩散、化学反应对金属力学性能的影响，同时考虑Dufour和Soret效应，从能量原理出发，结合热力学第一、二定律，运用变分原理和连续介质理论，建立全面反映金属高温氧化的广义热-扩散-化学-力学耦合模型理论。采用有限元方法、商业软件ABAQUS及无网格方法计算浓度场、应力场及温度场分布并与实验结果对比；通过水平集方法、摄动法探讨氧化膜生长规律；运用微裂纹萌生与扩展机理揭示氧化膜诱发破坏规律，给出抗高温氧化的关键因素，寻求抑制或减小高温氧化损失的途径，为金属及合金防热设计及热防护提供理论依据和技术指导。本项目研究属于固体力学、表面物理化学、化学反应动力学、弹性理论等多学科的交叉，在学术研究方面具有重要意义。

中文关键词： 变分原理；广义热-力-化耦合；高温氧化；残余应力；化学反应

英文摘要： High temperature oxidation is an important mechanism of the metallic materials ageing and structure failure and chemical reaction has an important influence on the metal or alloys oxidation. The existed chemo-mechanics coupling research is confined to the

英文关键词： Variational principle；General thermo- mechano-chemo coupling；Oxidation at high temperature；Residual stress；Chemical reaction