薄膜-基體系統(tǒng)溫度影響下力學(xué)性能研究.pdf

1、本文對(duì)薄膜/基體系統(tǒng)溫度影響下力學(xué)性能進(jìn)行了研究。工作主要包括： 1)采用疊層梁彎曲模型分析了薄膜/基體系統(tǒng)降溫后內(nèi)部的殘余應(yīng)力分布；并對(duì)存在殘余應(yīng)力的薄膜/基體系統(tǒng)受到外彎矩作用時(shí)，應(yīng)力中性層的變化進(jìn)行了研究和有限元模擬。結(jié)果表明：殘余應(yīng)力的分布沿厚度在各層內(nèi)為梯度分布；存在殘余應(yīng)力的多層膜/基體系統(tǒng)受彎矩作用時(shí)，應(yīng)力中性層位置隨外加彎矩明顯改變，其位置和數(shù)量是不確定的，可能在基體內(nèi)或在薄膜內(nèi)，可能存在多于一個(gè)的中性層。

2、 2)分析了存在膜/基粘結(jié)缺陷時(shí)薄膜在殘余應(yīng)力下的屈曲，其中包括：不同應(yīng)力狀態(tài)下的屈曲模態(tài)；臨界屈曲應(yīng)力與薄膜厚度和缺陷尺寸的關(guān)系；在殘余應(yīng)力驅(qū)動(dòng)下由膜/基分離到屈曲擴(kuò)展的演變。并對(duì)薄膜屈曲后由彎曲變形造成的破裂失效進(jìn)行了力學(xué)分析。 3)針對(duì)基體-薄膜-帖片三層結(jié)構(gòu)建立力學(xué)模型，分析給出了溫度變化后帖片與薄膜接觸界面由變形失配引起的界面切應(yīng)力的分布。并借助Abaqus有限元工具進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明理論計(jì)算和有限元模擬吻合的

3、很好。 4)針對(duì)薄膜/基體接觸界面在高溫下的氧化，本文基于Clark氧化生長(zhǎng)應(yīng)變率理論和Wagner氧化模型給出氧化膜內(nèi)熱生長(zhǎng)應(yīng)力隨氧化時(shí)間的演變規(guī)律。對(duì)熱障涂層氧化層的生長(zhǎng)應(yīng)力進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并用光致發(fā)光測(cè)試技術(shù)對(duì)氧化不同時(shí)間后的試樣進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)值較為吻合。 5)用圓柱基體熱障涂層試樣進(jìn)行了水冷熱沖擊實(shí)驗(yàn)，失效形式表現(xiàn)為陶瓷層沿著軸向的開裂和剝落。利用有限元工具Abaqus對(duì)沖擊過程中試樣涂層內(nèi)應(yīng)力隨時(shí)間