耐火材料常应用于高温工业的生产中,其结构的可靠性影响着工业生产的稳定和安全。耐火材料为多相非均质复合材料,在微观尺度上通常将耐火材料分为颗粒相和基质相。由于耐火材料长期承受高温高压的极端环境,颗粒相与基质相均承受较大载荷,虽然在宏观上耐火材料力学性能表现为各向同性,但在细观上由于基质相与颗粒相材料属性存在较大差别,在该尺度上力学性能表现为各相异性。为了探究耐火材料细观特性,需要从细观尺度研究材料承受热—力载荷时应力分布情况以及内部结构微小裂纹的产生、发展。另外,在细观尺度下,裂纹损伤的生长和相互贯穿会导致宏观的裂纹缺陷,将会极大影响耐火材料的力学特性,需要对宏观的缺陷进行定量检测分析。针对以上方面,本文首先在细观尺度上探究热—力耦合载荷下应力分布状态、界面脱粘情况,在宏观尺度上采用超声检测内部裂纹大小,具体包括以下几个方面:1.采用蒙特卡罗方法生成随机数,通过随机数构建多边形骨料生成耐火材料细观非均质模型,从热—力耦合的角度出发研究应力分布状态,并将热—力耦合场得到的结果与单一热载荷或机械应力载荷的应力场进行对比。2.采用代表体积单元,颗粒相设置为圆形和随机多边形,在颗粒相与基质相的界面插入内聚力单元,对模型施加应变,研究不同形状的颗粒相在界面处内聚力单元的破坏情况。3.构建超声在耐火材料中传播的运动学、动力学声场数学模型,采用有限差分法求解声场值,根据时域幅值特征和频域能量特征探究超声检测信号变化与耐火材料缺陷体大小之间的数值关系。本文通过构建耐火材料细观非均质模型,对其进行热—力耦合分析,发现颗粒相棱角出现应力集中,耦合载荷时应力极值位置不同于单一载荷应力极值位置,应力极值大小不等于单一载荷时应力之和;采用代表体积单元研究颗粒相界面损伤时,发现多边形颗粒周围的应力极值大于圆形颗粒周围的应力极值;耐火材料内部缺陷造成超声检测信号时域幅值、频域能量指数衰减,信号传播时间与缺陷大小呈线性变化。本文所做的工作为耐火材料细观损伤机理和宏观缺陷检测提供了有价值的研究思路。