弯曲法表征热障涂层界面断裂行为的研究

发布时间：2017-12-08 14:03

  本文关键词：弯曲法表征热障涂层界面断裂行为的研究

  更多相关文章： 热障涂层 三点弯 界面结合能 数字图像相关法 有限元模拟

【摘要】：热障涂层(Thermal barrier coatings,简称TBCs)材料具有热导率低、耐高温和抗腐蚀等特点,被广泛应用到航空航天、能源系统和民用技术等领域,用于保护合金基体。但是,由于热障涂层自身结构复杂、外部服役环境苛刻,造成热障涂层脱落,失去保护基体的作用。因此,热障涂层与基体之间界面结合强度一直是热障涂层体系的研究重点。本文在传统的三点弯实验基础上,提出了研究热障涂层界面结合性能新的三点弯方法,并建立了实验方法、数值和理论模型。主要研究内容如下:(1)提出了热障涂层界面断裂强度表征的新的三点弯实验方法。粘接层和陶瓷层喷涂在半边基体梁上,并在陶瓷层表面粘接硬质钢片以防止热障涂层表面产生垂直裂纹,界面断裂位于陶瓷层和粘接层之间;采用光学显微镜观察记录界面开裂过程,并通过微尺度数字图像相关法计算获得界面裂纹长度。(2)建立了热障涂层界面断裂的内聚力有限元模型。采用ABAQUS软件内嵌的内聚力模型模拟热障涂层界面断裂,当能量达到裂纹扩展所需的临界界面结合能时,界面间起裂;随着位移的不断增加,界面裂纹扩展;根据实验中测量的界面裂纹长度随加载位移的变化关系反向计算得到界面结合能为140-160 J/m~2。(3)建立了基于柔度变化的界面能量释放率的计算方法。根据载荷-位移曲线计算试样在开裂时热障涂层体系的柔度,并通过柔度-裂纹长度的关系来计算得到TBCs界面开裂时临界的能量释放率。结果表明,计算得到的界面开裂的能量释放率数值与有限元结果相符合,与相关文献报道基本一致。(4)发展了采用数字图像相关法和双材料界面断裂理论相结合的界面断裂强度因子的计算方法。制备了含有预制裂纹的热障涂层三点弯试件;通过微尺度数字图像相关法获得了临界开裂时的裂纹张开角位移;根据双材料界面断裂理论得到复合应力强度因子K_1=12.85MPa·m~(1/2)和K_11=4.58MPa·m~(1/2),以及混合模态相角为Ψ = 16.04°。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O346.1

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本文编号：1266625