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，上册详细阐述烧蚀型热防护方案常用的硅基、碳基、炭化类防热复合材料，以及树脂基防热涂层的烧蚀机理与传热/烧蚀性能表征方法，论述防热材料的热-力-化多物理场耦合分析方法，服役过程中高温力学性能的演化规律与预报方法，探讨了防热材料细观烧蚀形貌、表面粗糙度，以及复合材料织物结构对烧/剥蚀耦合判据的影响机制。

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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 高温热环境来源 1
1.1.1 气动加热 1
1.1.2 发动机燃烧室热环境 3
1.1.3 能源系统内热源 4
1.1.4 工艺加热 5
1.1.5 火焰加热 6
1.2 烧蚀型防热复合材料 7
1.2.1 硅基类防热材料 8
1.2.2 碳基类防热材料 8
1.2.3 炭化类防热材料 9
1.3 热防护材料烧蚀性能分析方法 15
1.3.1 高温热考核试验 15
1.3.2 理论分析方法 16
1.3.3 数值模拟方法 17
1.4 热防护材料的多尺度烧蚀机理及模型研究动态 19
1.4.1 烧蚀过程的分类 19
1.4.2 宏观烧蚀机理及模型研究动态 23
1.4.3 细观烧蚀机理及模型研究动态 33
参考文献 35
第2章 防热材料烧蚀问题基本方程 41
2.1 热分析动力学方程 41
2.1.1 热解动力学方程 41
2.1.2 热解反应三因子求解方法 42
2.2 表面质量转换关系 44
2.3 气体相扩散控制方程 46
2.4 能量转换关系 48
2.4.1 能量守恒方程 48
2.4.2 热边界条件 49
2.5 不同热化学状态材料热物性参数确定方法 51
参考文献 52
第3章 硅基类防热材料宏观烧蚀理论.53
3.1 硅基类防热复合材料的烧蚀机理 54
3.1.1 静态加热条件下的热分解特性 54
3.1.2 动态烧蚀条件下烧蚀形貌分析 58
3.1.3 微观结构演化过程 60
3.2 宏观表面烧蚀理论 69
3.2.1 表面烧蚀模型 69
3.2.2 表面烧蚀理论 70
3.2.3 烧蚀材料内部热传导方程 77
3.2.4 算例分析 77
3.2.5 表面烧蚀性能影响因素分析 81
3.3 宏观体积烧蚀理论 87
3.3.1 辐射热流载荷下烧蚀形貌分析 87
3.3.2 体积烧蚀模型 91
3.3.3 体积烧蚀理论 92
3.3.4 体积烧蚀条件下热响应特性分析 101
参考文献 108
第4章 碳基类防热材料宏观烧蚀理论 112
4.1 碳基类防热复合材料的热化学烧蚀机理 112
4.2 碳基类防热复合材料的宏观表面烧蚀理论 114
4.2.1 表面热化学平衡方程 114
4.2.2 表面质量守恒方程 116
4.2.3 表面能量守恒方程 118
4.2.4 C/C 复合材料的表面烧蚀过程分析 120
4.3 碳基类防热复合材料的宏观烧蚀–热响应耦合理论 121
4.3.1 内部传热过程控制方程 121
4.3.2 表面烧蚀后退动边界问题解决策略 122
4.3.3 C/C 复合材料典型热环境烧蚀–热响应特性分析 124
4.4 改性碳基类防热复合材料的表面热化学烧蚀机理 128
4.5 改性碳基类防热复合材料的宏观表面烧蚀理论132
4.5.1 表面热化学平衡方程 132
4.5.2 抗烧蚀组元扩散方程 134
4.5.3 WC-C/C 复合材料的表面烧蚀过程分析 135
4.6 考虑纤维/基体烧蚀非同步效应的宏细观耦合烧蚀理论 137
4.7 改性碳基类防热复合材料典型热环境烧蚀–热响应特性分析 138
参考文献 141
第5章 炭化类防热材料宏观烧蚀理论 142
5.1 炭化类防热复合材料的裂解–阻塞防热机理 142
5.2 炭化类防热复合材料的宏观烧蚀理论 146
5.2.1 热解气体质量守恒方程 146
5.2.2 表界面层能量守恒方程 149
5.3 炭化类防热复合材料热解/传导模型的数值实现方法 151
5.3.1 空间域及时间域离散化 151
5.3.2 热解气体质量守恒方程离散化 152
5.3.3 能量守恒方程离散化 153
5.4 炭化类防热复合材料典型工况防热/隔热性能分析 154
参考文献 157
第6章 防热材料的微细观表面烧蚀理论 158
6.1 基于热氧化反应的微细观表面烧蚀模型 159
6.2 基于有限体积法的微细观表面烧蚀模型数值实现 160
6.2.1 气相域–固相域演化过程控制方程 160
6.2.2 气相–固相界面重构方法 161
6.2.3 气相域–固相域松耦合求解策略 166
6.2.4 微细观烧蚀模型算例验证 168
6.3 防热材料表面微观烧蚀行为分析 170
6.4 防热材料表面细观烧蚀行为分析 175
6.4.1 三维四向编织复合材料细观几何模型 176
6.4.2 三维四向编织复合材料细观烧蚀行为分析 179
参考文献 187
第7章 防热材料的细观体积烧蚀理论 190
7.1 基于均匀性假设的体积烧蚀理论 190
7.1.1 内部烧蚀传热控制方程 190
7.1.2 宏观体积烧蚀模型的有限元实现 193
7.2 典型热环境防热材料内部烧蚀–传热过程分析 198
7.2.1 吸热机理对总吸热量贡献权重分析 198
7.2.2 热解气体流动对传热过程的影响规律 200
7.2.3 温度和内压分布 201
7.3 考虑细观几何特征的组分相细观体积烧蚀理论201
7.3.1 组分相烧蚀–传热基本控制方程 201
7.3.2 组分相热物理和热输运性能预报方法 202
7.4 基于有限体积法的防热复合材料细观体积烧蚀理论 210
7.5 三维四向编织防热复合材料内部细观体积烧蚀–传热过程分析 216
7.5.1 温度响应规律 217
7.5.2 内压响应规律 220
7.5.3 内部细观烧蚀传热过程影响因素分析 223
参考文献 227
第8章 防热材料的烧蚀/剥蚀理论 229
8.1 体积烧蚀引起的防热材料内部损伤和力学性能衰减分析 229
8.1.1 热–力–化多场耦合条件下的基本控制方程 229
8.1.2 基于热和力学本构关系的有限元实现 230
8.1.3 典型热环境三维四向编织碳/酚醛复合材料热损伤分析 236
8.2 防热复合材料的细观烧蚀/剥蚀机理及失效判据 241
8.2.1 纤维单丝折断和剥落机理 241
8.2.2 2.5D机织防热复合材料代表性单胞机械剥蚀机理及剥蚀判据 251
8.2.3 3D 编织防热复合材料代表性单胞机械剥蚀机理及失效判据 255
8.3 防热复合材料典型工况细观烧蚀/剥蚀行为分析 262
8.3.1 烧蚀/剥蚀耦合策略 262
8.3.2 2.5D机织防热复合材料的烧蚀/剥蚀行为分析 263
8.3.3 3D编织防热复合材料的烧蚀/剥蚀行为分析 264
8.4 基于细观机械剥蚀因子的防热复合材料宏观烧蚀/剥蚀模型修正.266
8.4.1 防热材料细观结构特征对烧蚀/剥蚀行为的影响规律 266
8.4.2 基于细观烧蚀/剥蚀模型的机械剥蚀因子确定 268
参考文献 271