本文關(guān)鍵詞：彎曲法表征熱障涂層界面斷裂行為的研究

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【摘要】：熱障涂層(Thermal barrier coatings,簡(jiǎn)稱TBCs)材料具有熱導(dǎo)率低、耐高溫和抗腐蝕等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用到航空航天、能源系統(tǒng)和民用技術(shù)等領(lǐng)域,用于保護(hù)合金基體。但是,由于熱障涂層自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜、外部服役環(huán)境苛刻,造成熱障涂層脫落,失去保護(hù)基體的作用。因此,熱障涂層與基體之間界面結(jié)合強(qiáng)度一直是熱障涂層體系的研究重點(diǎn)。本文在傳統(tǒng)的三點(diǎn)彎實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,提出了研究熱障涂層界面結(jié)合性能新的三點(diǎn)彎方法,并建立了實(shí)驗(yàn)方法、數(shù)值和理論模型。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)提出了熱障涂層界面斷裂強(qiáng)度表征的新的三點(diǎn)彎實(shí)驗(yàn)方法。粘接層和陶瓷層噴涂在半邊基體梁上,并在陶瓷層表面粘接硬質(zhì)鋼片以防止熱障涂層表面產(chǎn)生垂直裂紋,界面斷裂位于陶瓷層和粘接層之間;采用光學(xué)顯微鏡觀察記錄界面開(kāi)裂過(guò)程,并通過(guò)微尺度數(shù)字圖像相關(guān)法計(jì)算獲得界面裂紋長(zhǎng)度。(2)建立了熱障涂層界面斷裂的內(nèi)聚力有限元模型。采用ABAQUS軟件內(nèi)嵌的內(nèi)聚力模型模擬熱障涂層界面斷裂,當(dāng)能量達(dá)到裂紋擴(kuò)展所需的臨界界面結(jié)合能時(shí),界面間起裂;隨著位移的不斷增加,界面裂紋擴(kuò)展;根據(jù)實(shí)驗(yàn)中測(cè)量的界面裂紋長(zhǎng)度隨加載位移的變化關(guān)系反向計(jì)算得到界面結(jié)合能為140-160 J/m~2。(3)建立了基于柔度變化的界面能量釋放率的計(jì)算方法。根據(jù)載荷-位移曲線計(jì)算試樣在開(kāi)裂時(shí)熱障涂層體系的柔度,并通過(guò)柔度-裂紋長(zhǎng)度的關(guān)系來(lái)計(jì)算得到TBCs界面開(kāi)裂時(shí)臨界的能量釋放率。結(jié)果表明,計(jì)算得到的界面開(kāi)裂的能量釋放率數(shù)值與有限元結(jié)果相符合,與相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道基本一致。(4)發(fā)展了采用數(shù)字圖像相關(guān)法和雙材料界面斷裂理論相結(jié)合的界面斷裂強(qiáng)度因子的計(jì)算方法。制備了含有預(yù)制裂紋的熱障涂層三點(diǎn)彎試件;通過(guò)微尺度數(shù)字圖像相關(guān)法獲得了臨界開(kāi)裂時(shí)的裂紋張開(kāi)角位移;根據(jù)雙材料界面斷裂理論得到復(fù)合應(yīng)力強(qiáng)度因子K_1=12.85MPa·m~(1/2)和K_11=4.58MPa·m~(1/2),以及混合模態(tài)相角為Ψ = 16.04°。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O346.1

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1266625