| 题名 | 热障涂层材料在热－力联合作用下的变形和破坏研究 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2003 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 段祝平 |
| 关键词 | 热障涂层 功能梯度材料 变形 破坏 热弹性应力 温度场 |
| 学位专业 | 工程力学 |
| 中文摘要 | 本文主要针对热障涂层和功能梯度材料在热—力联合作用下的变形破坏情况，在大量调查研究目前已有科研工作基础上，以不锈钢和氧化错构成的热障涂层材料为基础，从实验上对不同厚度涂层和含功能梯度材料的涂层的变形破坏行为进行了研究，并对涉及的一些问题作出理论分析，最后用数值模拟手段分析了较为复杂的情况。首先，搭建了一套实验装置，由激光器、加载台、温度和应变测试系统组成。该实验系统可用于对单向恒定载荷下材料受激光辐照情况的实验研究，可以实时测试试件背面温度和应变变化，为从事材料热—力联合作用下的材料变形破坏研究提供了一个有力的平台。利用该装置对不同厚度的基底—涂层结构在一定预载下受激光加热的变形破坏情况进行了实验研究。实验结果表明，机械载荷和激光热载荷对材料的破坏都扮演了重要角色，热障涂层材料的破坏主要表现为陶瓷表面的横向断裂。背面金属有明显的塑性变形，结构最后表现出翘曲。同样载荷条件下，厚涂层试件较薄涂层和含梯度层试件容易破坏。本文对激光辐照有限尺寸双层结构试件的轴对称非定常温度场进行了理论分析，得到了级数解析解。并对温度场的情况进行了分析。此外，我们还分析了变物性的梯度层中的—维非定常温度场，得到了解析结果。对于稳态二维温度场情况的平面应变情况进行了理论分析，应用最小余能原理求出了热弹性应力场的分布。发现，在自由边界条件下，界面应力在自由边界出现应力集中，而在其他地方都很小。此外，我们讨论了各种无量纲物性参数对双层材料中热应力的影响。最后用数值方法研究了预载条件下不同厚度涂层结构在加热降温过程中的变形，应力分布和破坏情况，其中考虑塑性和温度对材料性质的影响。对含梯度层的结构进行了同样的分析。主要结论有：在应力分布中，拉伸应力占主导地位，特别是x方向的应力最大，破坏主要为拉伸断裂。涂层厚度影响应力分布，涂层越厚，涂层中的最大应力越大，越容易破坏。有梯度层的结构缓解了涂层和界面的应力状态，有益于提高试件的抗破坏能力。光斑中心的应力最大，是最危险的区域。升温过程中，光斑区受压缩应力，降温过程变为拉伸应力。由于陶瓷抗拉能力较弱，所以降温过程最危险，涂层破坏就发生在这一过程。 |
| 索取号 | 30123 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 工程力学 |
| 公开日期 | 2009-04-13 ; 2009-08-25 |
| 出处 | [博士论文].北京.中国科学院力学研究所,2003 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/23982]  |
| 专题 | 力学研究所_力学所知识产出(1956-2008) |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | . 热障涂层材料在热－力联合作用下的变形和破坏研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2003. |
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