涂层/基体体系的界面应力分析

针对热防护涂层的承载特征,建立了涂层、基体体系的平面应变模型.以均匀应变差比拟热膨胀失配,基于最小功原理,推导了完整涂层/基体界面应力的级数解.分析结果表明,在自由端面附近,界面应力集中明显,其峰值达到了与涂层内拉应力相当的量级.涂层膨胀或收缩,界面正应力分别呈现压应力或拉应力状态,界面剪应力也发生方向交变.

等厚双层涂层材料受集中力作用的平面问题理论解

界面应力的正确评价是分析薄膜涂层材料力学特性的难题之一。利用镜像点法和Dirichlet等值性原理,本文推导了等厚双层薄膜涂层材料受表面集中力作用的平面问题理论解。该显式理论解是以固定在各镜像点上的局部坐标系下的Goursat应力函数的形式给出的。对应于高阶镜像点的应力函数,可通过递推的方法,从对应于低阶镜像点的应力函数求得,而且也易于计算机编程。随着镜像点阶数的增大,它与界面的距离也越来越大,因而相对应的应力函数对界面应力的影响越来越小。最后的算例表明,只需考虑前面有限个镜像点,便可获得足够精度的解。该理论解可作为格林函数,以求解复杂问题的理论解,也可用作边界元法的基本解,提高数值计算的精度和效率。