DZ40M合金表面纳米和垂直裂纹结构热障涂层的抗燃气热腐蚀性能

采用超音速火焰喷涂技术在定向凝固DZ40M钴基高温合金表面喷涂NiCrAlY金属粘接层,以纳米7YSZ团聚粉末为原料,分别利用大气等离子喷涂技术在粘接层表面制备了纳米结构和垂直裂纹结构7YSZ涂层,研究了高温合金基体和带涂层的基体在900℃下的燃气热腐蚀性能,分析了合金和涂层的燃气热腐蚀产物和过程。结果表明:两种结构热障涂层均大幅度提高了DZ40M合金的抗燃气热腐蚀性能,可避免基体在高温燃气热腐蚀中产生大量易剥离的腐蚀产物和氧化腐蚀孔洞;两种结构涂层在燃气热腐蚀后仍然保持完整并具有相近的燃气热腐蚀速率,垂直裂纹结构涂层中垂直于基体的贯穿裂纹在提高涂层应变容限的同时,并不会成为腐蚀介质快速渗入的通道。

中碳贝氏体钢支承辊的垂直裂纹分析

研究了中碳贝氏体钢支承辊滚动接触疲劳垂直裂纹早期萌生、扩展直至形成深层剥落的全过程,用透射电镜观察了支承辊钢的微观组织,结合其微观组织和力学性能,分析了垂直裂纹萌生机理,发现其形成是由微凸体接触区后边缘的最大拉应力引起的。试验结果表明,降低表面粗糙度可防止垂直裂纹的早期形成。该结果已经应用在支承辊维护实践中,降低了必需的磨削速率,延长了支承辊的有效使用寿命。

含垂直裂纹的简支梁自由振动分析

裂纹将改变梁结构局部刚度,导致其结构模态参数变化,影响结构工作特性。针对这个问题,以简支梁为研究对象,采用有限元分析方法,建立含垂直内部裂纹的简支梁有限元模型,研究垂直内部裂纹的长度和位置对简支梁的固有频率和振型的影响规律。讨论垂直内部裂纹简支梁振动曲率与裂纹长度和位置的关系。结果表明,随着裂纹长度的增加,简支梁的固有频率减小,裂纹简支梁与健康简支梁之间的差异逐渐增加;垂直内部裂纹将导致简支梁在裂纹所在截面附件的局部刚度发生变化,且裂纹的影响区域随着裂纹长度的增加而增加;振型的曲率可以用于识别简支梁垂直内部裂纹位置。

含垂直裂纹的厚热障涂层的热稳定性及力学性能(英文)

采用循环热暴露及热震试验研究含或不含垂直裂纹的厚热障涂层的热稳定性和失效机制。先采用空气等离子喷涂技术在基体表面制备150μm厚的连接涂层,再在该涂层上采用空气等离子喷涂技术制备2000μm厚的热障涂层。含或不含垂直裂纹的热障涂层的粘附强度分别为24.7和11.0 MPa,表明含垂直裂纹的热障涂层的界面稳定性更高。循环热暴露及热震试验表明其热稳定性更高。含或不含垂直裂纹的热障涂层的硬度分别为6.6和5.3GPa,经循环热暴露试验后分别升高至9.5和5.5 GPa。实验表明上层涂层中垂直裂纹的存在有利于延长热障涂层高温环境的寿命。

垂直于双压电材料界面裂纹的反平面问题研究

研究了双压电材料中垂直于界面裂纹的反平面问题。在裂纹面为可通导的边界条件下,通过对控制方程进行傅里叶(Fourier)变换,并利用边界条件将问题转化为奇异积分方程进行求解,得到了裂纹面的位移函数、裂纹尖端的应力强度因子、电位移强度因子和裂纹尖端能量释放率的表达式。数值分析了双压电材料的材料属性对裂纹尖端能量释放率的影响。

涂层与基底的热膨胀系数差对垂直界面的微裂纹的影响

将陶瓷涂层/基体金属界面看作是在陶瓷基体中包含的圆柱形金属夹杂,在夹杂半径趋近于无穷大时的极限情形。给出了平面应变条件下圆形夹杂两侧的半裂纹的应力强度因子的解析表达式,让圆形夹杂的半径趋向无穷大,得到陶瓷涂层/基体金属界面的垂直微裂纹的有关结果。根据所得结果,分析了陶瓷涂层和金属材料的膨胀系数的差异对于其界面微开裂的影响,所得结论对于陶瓷涂层的设计和制备工艺等具有指导意义。

一类垂直于正交异性双材料界面的Ⅱ裂纹尖端应力场的理论研究

利用傅里叶积分变换对正交异性材料中含有一个与材料界面垂直的裂纹尖端应力场问题进行了理论研究,得出裂纹尖端问题的位移、应力场的形式解.引入辅助函数并利用相应的边界条件,将问题转化为含有Cauchy核的第一类奇异积分方程,并给出了求解的具体方法.

垂直于正交异性与各向同性双材料界面裂纹尖端应力场理论研究

主要研究了各向同性与正交异性材料中与材料界面垂直的裂纹尖端问题.通过傅里叶积分变换推导出了裂纹尖端的位移、应力场表达形式.构造位错密度函数并结合相应的边界条件,将问题转化为奇异积分方程.最后给出应力强度因子的表达式并分析了对其影响的相关因素.

垂直于双材料界面的Ⅰ型裂纹尖端理论研究

对正交各向异性双材料中含有一个与材料界面垂直的裂纹尖端应力场问题进行了理论研究.通过傅里叶积分变换给出了裂纹尖端问题的位移、应力场的形式解.引入辅助函数并利用相应的边界条件,将问题转化为含有Cauchy核的第一类奇异积分方程,并给出了求解的具体方法。

三维垂直裂纹在材料界面的扩展及影响因素

针对三维垂直裂纹扩展到双材料界面时的路径选择问题,建立了双材料三维垂直裂纹在界面扩展的计算模型,提出了三维垂直裂纹在材料界面扩展的3种方式及判断准则;以线弹簧模型模拟两种材料间的界面胶结情况,得到了裂纹在界面处的剪切位移及剪切应力,结合虚拟裂纹扩展技术计算能量释放率沿裂纹边缘的分布情况,分析了裂纹长度、界面参数及材料弹性模量对裂纹扩展路径的影响。结果表明,随着裂纹长度的增大,界面剪切位移逐渐增大,界面容易发生剪切滑移;随着界面参数的增大,能量释放率减小,同时,剪切位移也随之急剧减小,说明界面参数的增大对阻止裂纹穿透界面及沿界面扩展具有明显作用;当裂纹在较硬材料内时,裂纹容易穿透界面进入较软材料内。

原生裂纹对煤岩剪切破坏宏细观演化规律的影响研究

利用自主研发的煤岩细观剪切加载试验装置,开展不同加载速率剪切载荷作用下,含水平和垂直表面原生裂纹煤岩的裂纹开裂扩展时空演化模式、宏观裂纹形态及细观裂纹贯通机制的研究。研究结果表明:水平表面原生裂纹影响煤岩宏观裂纹发育数目,破坏后宏观形态呈H型或H+L型,而垂直表面原生裂纹对宏观裂纹发育数目无影响,破坏后宏观形态呈L型;原生裂纹对新裂纹发展演化的影响限于预定剪切面附近局部区域内,位于预定剪切面远处的原生裂纹,以及煤岩岩样制作中在预定剪切面远处产生的岩样缺损,其形态均未发生明显变化,未对剪切面附近宏观裂纹发育产生明显影响;在预定剪切面附近,后期产生的宏观主裂纹会引起前期右侧产生的裂纹受压而闭合,预定剪切面左侧的非贯通垂直原生裂纹,对宏观主裂纹的起裂、扩展无影响;细观分析表明,水平表面原生裂纹使煤岩局部破坏模式复杂多样化,包括压破坏、拉破坏、剪破坏及组合破坏模式,导致裂纹开裂位置可能出现在煤岩中部原生裂纹处,而垂直表面原生裂纹对煤岩破坏模式影响不明显。

一维六方准晶中带裂纹的椭圆孔口问题的解析解

利用复变函数方法,通过构造保角映射,研究了一维六方准晶中带裂纹的椭圆孔口的反平面剪切问题.给出了Ⅲ型裂纹问题的应力强度因子,在极限情形下,不仅可以还原为已有的结果,而且求得了一维六方准晶中带裂纹的圆形孔口问题以及两垂直裂纹问题在裂纹尖端的应力强度因子.

含裂纹铝合金板单面修补结构疲劳裂纹扩展分析

为了研究单面修补结构疲劳裂纹的扩展规律,进行了玻璃纤维/环氧树脂复合材料单面修补含裂纹铝合金板的疲劳试验,并建立了基于斜裂纹前沿(UCF,Uniform Crack Front)和基于垂直裂纹前沿(SCF,Skew Crack Front)的三维有限元模型。利用数理统计方法和有限元模型得到了不同裂纹长度时的有效应力强度因子(ESIF,Effective Stress Intensity Factor)值,采用应力强度因子修正法从疲劳试验结果中获得了修补结构不同裂纹长度时应力强度因子(SIF,Stress Intensity Factor)值Kexp,并使用有限元模型的ESIF值和Kexp预测了修补结构的疲劳寿命。通过分析得到以下结论:同基于UCF有限元模型相比,基于SCF有限元模型的ESIF更接近于Kexp。在预测疲劳寿命时,基于UCF有限元模型预测结果误差较大,与试验中值寿命的最大误差可达到19%;而基于SCF有限元模型各ESIF预测结果与试验中值寿命的误差都在6%之内,与试验结果一致性较好。

带裂纹的椭圆孔口的反平面剪切问题的解析解

利用复变函数方法,通过构造保角映射,研究带裂纹的椭圆孔口的反平面剪切问题,给出Ⅲ型裂纹问题的应力强度因子,在极限情形下,不仅可以还原为已有的结果,而且求得带裂纹的圆形孔口问题、两垂直裂纹问题在裂纹尖端处的Ⅲ型应力强度因子.

未热解厚热障涂层的隔热能力和黏接强度

对比研究使用未热解粉末制备的厚热障涂层(UPTTBC)和传统TBC、厚TBC(TTBC)及密集垂直裂纹(DVC)TTBC 4种涂层的隔热能力和黏接强度。采用降温法测试涂层的隔热能力;根据ASTM C633标准,采用拉拔试验检测涂层的黏接强度。结果显示,UPTTBC和DVC TTBC的黏接强度分别比TTBC高35%和25%。这可能是由于UPTTBC结构中存在亚微米尺度的未熔化区域,起到了阻止裂纹扩展的作用。此外,隔热测试的结果表明,DVCTTBC涂层的隔热能力最差,为0.28℃/μm,而UPTTBC涂层的隔热能力最强,为0.40℃/μm。由于UPTTBCs显微组织中存在亚微米区域,使涂层展现出优越的隔热能力。相反,DVCTTBC因其致密的结构,具有最低的隔热能力。

无冷却喷涂工艺对其制备的热障涂层的裂纹系统和寿命的影响

无冷却喷涂形成的热障涂层裂纹体系,可提高陶瓷顶层应变容限.但目前缺乏对裂纹体系的系统研究,特别是横向分叉裂纹.因此,文中研究送粉率和基体预热温度对陶瓷顶层裂纹系统的定量影响,并比较不同裂纹系统的热循环寿命.结果表明,增加送粉率,垂直裂纹密度和横向分叉裂纹长度均呈现先大后小的趋势.预热温度的提高可增加涂层中垂直裂纹数量,但横向分叉裂纹长度呈现先增后降的趋势.热循环试验表明,维持一定垂直裂纹的同时,降低横向分叉裂纹可提高涂层热循环寿命.

中碳贝氏体支承辊钢低应力牵引滚动接触下的疲劳短裂纹行为

研究了中碳贝氏体支承辊钢在低应力、水润滑和牵引滚动条件下的接触疲劳裂纹萌生与扩展特征,发现了表面起源的垂直短裂纹和棘齿短裂纹.疲劳104cyc时,垂直短裂纹就在接触表面大量出现,且在萌生后立即进行高速初始扩展,其后绝大多数停止长大;棘齿短裂纹出现较晚.两种短裂纹长大到一定深度时均停止扩展.在疲劳失效寿命的70％-80％时,垂直短裂纹恢复扩展,并随即加速长大.几乎同时,两种短裂纹在亚表层以转折的方式重新扩展.在表面损伤出现之前,两种短裂纹的萌生和扩展行为始终局限在近表面薄层内.

大型钢筋混凝土污水处理池池壁裂纹及其防治

针对大型钢筋混凝土池壁开裂问题进行深入的调查分析后，提出应增大混凝土池壁的侧向刚度、对池口加浇钢筋混凝土走道板或设置整体浇筑池口圈梁、并向增设后浇带混凝土内添加抗渗剂等措施，可以有效地防止因季节温差而引起的池壁变形开裂。

不同结构等离子喷涂热障涂层的性能研究

通过等离子喷涂,制备了常规层状结构、垂直裂纹结构的氧化钇部分稳定氧化锆(YSZ)和铈酸镧(LCO)热障涂层,分析了涂层的微观形貌及性能。结果表明:对于YSZ涂层,垂直裂纹结构的结合强度是层状结构的1.8倍;LCO涂层的微观结构对喷涂工艺比较敏感,适当降低喷涂功率有助于提高扁平化粒子间的结合,缓解涂层中横向裂纹的产生,促进垂直裂纹形成;与层状结构的LCO/YSZ双层涂层相比,垂直裂纹结构的LCO/YSZ双层涂层的结合强度和抗热震性能未明显提高。

溶液前驱体等离子喷涂制备新型结构热障涂层研究

溶液前驱体等离子喷涂(SPPS)是将雾化的溶液前驱体注入等离子焰流制备陶瓷涂层的新工艺,采用该工艺可以制备出具有新型结构的热障涂层。利用XRD和SEM分析了涂层相结构和微观结构。研究结果表明:采用SPPS制备的7YSZ涂层为亚稳四方相结构,涂层具有无层间界面、孔隙均匀分布和穿透整个涂层厚度的垂直裂纹等特征。未分解溶液前驱体在基体或涂层中进一步分解产生的拉应力是在TBCs中产生垂直裂纹的关键因素。