[发明专利]一种钨铜复合材料承载温度的表征方法

说明书

本发明一种钨铜复合材料承载温度的表征方法，包括步骤：步骤1：将承载温度载荷后的钨铜复合材料进行线切割，对其表层的横截面部分打磨、抛光，通过扫描电镜或金相显微镜进行观察，分析测定烧蚀后的纯钨、钨骨架及钨铜复合材料多层厚度大小；步骤2：设置定解条件，通过有限元方法分析高温载荷下钨铜复合材料的温度变化及分布；步骤3：将步骤2计算结果和步骤1测试结果进行对比，如计算的层厚与测试结果相比吻合，则接受步骤2所求解的温度结果，若相差较大，重新在步骤2设置定解条件求解进行对比分析。本发明可以对钨铜复合材料的温度进行有效确定，进而为钨铜复合材料的服役状况评估提供技术依据，进而有效保障电网运行的安全性。

技术领域

本发明涉及钨铜复合材料，具体涉及一种钨铜复合材料承载温度的表征方法。

背景技术

钨铜复合材料作为高温结构构件，被广泛用在高压电网、航空航天器及加工用电极等多个领域，在电弧或火焰的作用下，钨铜复合材料承受了几千甚至上万度的高温载荷。高温载荷的作用下，钨铜复合材料表面产生烧蚀，并引起部分脱落及开裂，严重影响了钨铜复合材料的服役性能，并对其服役寿命起着决定性作用。由于钨铜复合材料的服役环境极其恶劣，很难用普通的测试方法及有效的计算手段准确确定其温度分布及大小，因此，有必要提出一种钨铜复合材料承载温度的表征方法，为钨铜复合材料的安全性评估提供必要的技术依据。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种钨铜复合材料承载温度的表征方法，该方法可以对钨铜复合材料的温度进行有效确定，进而为钨铜复合材料的服役状况评估提供技术依据，进而有效保障电网运行的安全性。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种钨铜复合材料承载温度的表征方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将承载温度载荷后的钨铜复合材料进行线切割，对其表层的横截面部分打磨、抛光，通过扫描电镜或金相显微镜进行观察，分析测定烧蚀后的纯钨、钨骨架及钨铜复合材料多层厚度大小；

步骤2：设置定解条件，通过有限元方法分析高温载荷下钨铜复合材料的温度变化及分布；

步骤3：将步骤2计算结果和步骤1测试结果进行对比，如计算的层厚与测试结果相比吻合，则接受步骤2所求解的温度结果，若相差较大，重新在步骤2设置定解条件求解进行对比分析。

本发明进一步的改进在于，步骤2的具体实现方法如下：

步骤2.1：建立钨铜复合材料构件的几何模型，并划分网格；

步骤2.2：设置钨铜复合材料的材料属性；

步骤2.3：施加热流密度载荷、对流及辐射边界条件；

步骤2.4：依据加载时长，设置载荷步和迭代次数，进行求解；

步骤2.5：根据钨、铜各自的熔点和沸点，将步骤2.4所求解的温度场划分为纯钨、钨骨架及钨铜复合材料区域，分别确定各层的厚度大小。

本发明进一步的改进在于，步骤2.1中钨铜复合材料的承载部分进行网格细化。

本发明进一步的改进在于，步骤2.2的材料属性为温度相关的密度、热导率及热容，并考虑钨、铜的相变潜热。

本发明进一步的改进在于，步骤2.3假设其载荷在承载面均匀分布。

本发明进一步的改进在于，步骤2.4为瞬态有限元分析。

本发明进一步的改进在于，步骤2.4中设置载荷步1～10ms，迭代次数100～400。

本发明进一步的改进在于，步骤2.5基于钨铜复合材料中高温下钨、铜相的汽化、熔化及钨相重新凝固，并在表面形成纯钨、钨骨架及钨铜复合材料区域。

本发明至少具有以下有益的技术效果：