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聚合物表面空间环境防护涂层热应力分析方法研究进展 被引量:1
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作者 徐梦芸 张锦麟 +6 位作者 马佳玉 唐登航 许文彬 王亮 谷红宇 章俞之 宋力昕 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期115-136,共22页
柔性聚合物材料作为航天器表面用关键材料,易受到空间环境的协同损伤,在其表面制备防护涂层是实现长期服役的重要技术。但由于常用防护涂层与基体间的性能差异,涂层易因应力出现开裂和剥落,因此应力分析对于材料的设计和优化非常重要。... 柔性聚合物材料作为航天器表面用关键材料,易受到空间环境的协同损伤,在其表面制备防护涂层是实现长期服役的重要技术。但由于常用防护涂层与基体间的性能差异,涂层易因应力出现开裂和剥落,因此应力分析对于材料的设计和优化非常重要。对于涂层应力的分析方法,主要可以分为基于试验测量以及基于数值仿真的有限元分析方法两类。梳理目前常见的试验测量方法,分析有损法和无损法试验测量的应用,整理归纳基于数值仿真的有限元分析方法的原理以及相关应用,比较不同方法的优缺点,总结其局限性以及应用前景。不同应力测试分析方法在材料的服役寿命和失效形式预测中发挥了重要作用,但传统的机械有损测量方法难对应力情况进行实时监测,近年来发展起来的无损法也存在一定的应用局限性,有限元模拟具有实时、全面的应力测量优点,但是与实际涂层模型具有一定的差距。基于目前试验方法与有限元仿真各自的局限性,提出将有限元仿真与试验表征结合成为进一步指导涂层设计的有效方法,有望有效预测涂层失效机制,优化涂层材料制备工艺,开发具有低应力结构的涂层材料,为聚合物表面用关键涂层材料的轻量化发展和长期可靠服役提供技术支撑。 展开更多
关键词 聚合物材料 空间环境防护涂层 热应力 应力分析方法 有限元模拟
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热障涂层裂纹扩展的数值模拟研究进展 被引量:9
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作者 胡忠超 王亮 +4 位作者 庄铭翔 张桓瑜 李广书 王铀 杨勇 《中国材料进展》 CAS CSCD 北大核心 2020年第10期740-753,739,共15页
大气等离子喷涂(APS)制备的热障涂层(TBCs)在热循环过程中由于热应力的累积引起热生长氧化物(TGO)界面周围裂纹的扩展,最终导致涂层的失效。深入了解热障涂层的裂纹萌生、扩展问题,对评估TBCs的可靠性和耐久性具有重要意义。实际上,在T... 大气等离子喷涂(APS)制备的热障涂层(TBCs)在热循环过程中由于热应力的累积引起热生长氧化物(TGO)界面周围裂纹的扩展,最终导致涂层的失效。深入了解热障涂层的裂纹萌生、扩展问题,对评估TBCs的可靠性和耐久性具有重要意义。实际上,在TBCs的制造和使用过程中,后续的实验表征方法并不能反映其真实情况。有限元计算(FEM)在这些问题的研究中起着重要的作用,特别是在计算热障涂层的隔热和断裂失效问题上非常有效。综述了有限元法在裂纹形态、裂纹位置、裂纹密度对涂层界面应力的影响及相关失效问题研究中的研究进展。随着有限元技术的发展,采用基于虚拟裂纹闭合技术(VCCT)、扩展有限元法(XFEM)和内聚力模型(CZM)研究TBCs的裂纹扩展行为,利用这些方法可以对TBCs的失效模式进行实时动态监测,最终实现TBCs在实际使用条件下的寿命预测。 展开更多
关键词 热障涂层 有限元分析 热力耦合 表-界面裂纹 界面应力
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声发射技术在热障涂层失效机理中的研究进展及展望 被引量:4
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作者 曹枝军 袁建辉 +4 位作者 苏怀宇 万家宝 苏佳卉 吴倩 王亮 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期34-53,共20页
热障涂层(TBCs)具有优异的高温抗氧化、高温力学和抗热腐蚀性能而备受关注,广泛应用于航空发动机和燃气轮机热端部件中。热障涂层服役环境的恶劣和涂层体系结构的复杂,极易导致涂层发生界面分层或剥落失效,因此通过对热障涂层的裂纹萌... 热障涂层(TBCs)具有优异的高温抗氧化、高温力学和抗热腐蚀性能而备受关注,广泛应用于航空发动机和燃气轮机热端部件中。热障涂层服役环境的恶劣和涂层体系结构的复杂,极易导致涂层发生界面分层或剥落失效,因此通过对热障涂层的裂纹萌生和扩展问题进行实时监测,对于失效机理研究显得尤为重要。简述光激发荧光压电光谱(PLPS)、红外热成像(IRT)、阻抗谱(IS)的原理及其在热障涂层失效行为研究中的应用,重点介绍声发射技术在热障涂层失效机理方面的研究成果。基于声发射的热障涂层失效过程的信号分析和深度处理,结合声发射技术在热障涂层中的参数分析和波形分析,对热障涂层失效过程及失效形态进行模式识别,通过损伤程度的定量评估来进行热障涂层的寿命预测。对声发射技术在热障涂层失效预测及寿命评估指明了方向,并创新性地对未来声发射技术在热障涂层的疲劳损伤方面研究趋势提出展望。 展开更多
关键词 热障涂层 声发射 失效机理 模式识别 机器学习
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等离子喷涂用纳米结构T'相8YSZ球形喂料及应用展望 被引量:7
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作者 周飞飞 刘敏 +3 位作者 邓春明 王亮 黄长翔 王铀 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期37-42,共6页
目的通过纳米粉体再造粒技术制备出等离子喷涂用高性能纳米结构非平衡转变四方相ZrO2-8%(8YSZ)球形喂料,以满足高端装备的需求。通过调控再造粒工艺以期应用于"两机"及陶瓷3D打印的耗材。方法以纳米8YSZ粉体为原料,通过纳米... 目的通过纳米粉体再造粒技术制备出等离子喷涂用高性能纳米结构非平衡转变四方相ZrO2-8%(8YSZ)球形喂料,以满足高端装备的需求。通过调控再造粒工艺以期应用于"两机"及陶瓷3D打印的耗材。方法以纳米8YSZ粉体为原料,通过纳米粉体再造粒技术制备出等离子喷涂用纳米结构8YSZ喂料。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)研究了纳米结构8YSZ喂料的表面形貌、晶粒尺寸以及相结构。同时测定了纳米结构8YSZ喂料的松装密度、振实密度、流动性等物性参数。结果制备的纳米结构8YSZ喂料呈球形形貌,喂料表面光滑且内部致密,喂料处于自由流状态且其粒度满足等离子喷涂要求。在纳米粉体再造粒过程中,纳米结构8YSZ喂料晶粒尺寸没有明显长大,相结构为非平衡转变四方相即T′相。结论通过对纳米粉体再造粒工艺的调控,可以制备出粒度分布与组织结构可控的高性能纳米结构T'相de8YSZ球形喂料。制备出的高性能喂料有望用于航空发动机和燃气轮机(两机)等高端装备以及用于陶瓷3D打印的耗材。 展开更多
关键词 纳米结构 等离子喷涂 8YSZ 球形喂料 T′相 再造粒
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孔隙对热障涂层微压痕响应影响的数值模拟
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作者 赵伟玲 王亮 +2 位作者 刘楠 曹枝军 苏怀宇 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2023年第17期103-109,共7页
微纳米压痕技术是表征陶瓷涂层系统力学性能和弹塑性响应行为的一项重要技术。通过Python二次开发在ABAQUS软件中建立含随机分布的圆形孔隙的热障涂层模型,研究孔隙对大气等离子法(APS)制备的热障涂层的微纳米压痕响应的影响,并在含随... 微纳米压痕技术是表征陶瓷涂层系统力学性能和弹塑性响应行为的一项重要技术。通过Python二次开发在ABAQUS软件中建立含随机分布的圆形孔隙的热障涂层模型,研究孔隙对大气等离子法(APS)制备的热障涂层的微纳米压痕响应的影响,并在含随机圆形孔隙热障涂层模型的基础上,利用扩展有限元法(XFEM)模拟分析微纳米压痕试验过程中陶瓷层内的裂纹扩展,探究微裂纹和孔隙间的相互影响,以及涂层内裂纹萌生扩展的规律。模拟结果表明,孔隙的存在会在加载和卸载过程中释放一定的应力集中,从而改变涂层应力的分布特征;孔隙的存在会导致裂纹向孔隙的方向偏移扩展,并在一定程度上阻止裂纹扩展。将这些工作与微纳米压痕试验的试验数据联系起来,可以对热障涂层体系的力学性能进行有效预测。 展开更多
关键词 孔隙 热障涂层(TBCs) 微压痕 力学行为 有限元
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