功能梯度材料的平面断裂力学分析

针对材料参数在厚度方向可能按任意连续变化的梯度材料，给出了一个新的分层模型．利用该模型求解了面内加载下梯度界面层和涂层中的界面裂纹问题．借助 Fourier 积分技术和传递矩阵方法，将该问题化为个 Cauchy 型奇异积分方程．通过数值求解，得到感兴趣的应力强度因子．对不同形式的杨氏模量和泊松比，计算了界而裂纹应力强度因子．结果表明泊松比的变化形式对应力强度因子影响不大，可当作常数处理，而杨氏模量的影响则很大．

梯度压电带中共线多界面Ⅲ型裂纹分析

分析了梯度压电带中共线多界面Ⅲ型裂纹问题.假设物性参数沿着垂直于界面方向以指数形式变化,利用Fourier变换将混合边值问题转化为奇异积分方程.通过求解,得到了裂纹尖端强度因子的表达式.最后利用数值算例分析了物性参数和几何尺寸对强度因子的影响.

各向异性、正交异性功能梯度材料平面断裂基本方程

针对材料参数在厚度方向按任意函数形式连续变化的功能梯度材料板,利用新的分层方法,首先求出各向异性功能梯度材料板平面断裂基本方程,在此基础上又进一步求出正交异性功能梯度材料板平面断裂基本方程,最后结合各向同性功能梯度材料及各向同性、各向异性、正交异性复合材料对方程作了全面讨论.结果表明复合材料和功能梯度材料以及各向同性、各向异性、正交异性之间既有区别又有联系密切,新的分层方法可广泛应用。

用新分层方法研究功能梯度材料平面断裂问题

针对材料参数在厚度方向按任意函数形式连续变化的功能梯度材料薄板,利用新的分层方法,求出各向异性、正交异性功能梯度材料板平面断裂基本方程并结合各向同性功能梯度材料及各向同性、各向异性、正交异性复合材料对方程作了全面讨论.结果表明复合材料和功能梯度材料以及各向同性、各向异性、正交异性之间既有区别又有密切联系,新的分层方法非常有效.

玻璃沉积物对La2Ce2O7/YSZ涂层高温下热冲击性能的影响

目的为了探究玻璃沉积物CMAS(CaO-MgO-Al2O3-SiO2)对新型结构热障涂层在1250℃下的热冲击寿命的影响,揭示热障涂层的失效行为。方法通过火焰喷涂技术将制备的CMAS粉体均匀地沉积到铈酸镧/氧化钇部分稳定二氧化锆双陶瓷层热障涂层(LC/YSZ DCL-TBCs)和梯度热障涂层(LC/YSZ FGM-TBCs)的表面,于1250℃热冲击实验中进行涂层样品的抗热冲击性能及失效机理研究。利用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)追踪CMAS的位置,观察CMAS与涂层反应层的厚度与形貌。采用X射线衍射仪(XRD)测试反应层产物,并总结其失效方式。结果高温热冲击结果显示梯度涂层的热冲击寿命(435次)远高于双陶瓷层热障涂层的寿命(229次),约为铈酸镧/氧化锆双陶瓷层热障涂层寿命的1.9倍。铈酸镧层与梯度层都能在一定程度上阻碍CMAS渗入涂层内部,提高其CMAS腐蚀条件下的热冲击寿命。双陶瓷层热障涂层与梯度热障涂层的失效均是以层状剥落为主,剥落层主要是CMAS与LC的反应层以及反应层下的烧结层,反应层是由Ca2(LaxCe1-x)8(SiO4)6O6-4x、萤石相和MgAl2O4等难熔氧化物组成,这层致密氧化物类似于密封层,能阻止CMAS继续渗入。结论功能梯度结构具有比双陶瓷层结构更优异的抗CMAS热冲击性能和更好的应力耐受性。

压电涂层-功能梯度压电界面层-基底结构的二维接触问题研究

在多层压电元件中,由于界面处材料成分和性质的突变,常常导致界面处应力集中,使得界面处出现开裂或蠕变现象,从而大大缩短了压电元件的使用寿命.功能梯度压电材料作为界面层,可有效的缓解界面材料不匹配导致的破坏.论文主要研究利用功能梯度压电材料界面层连接压电涂层和基底,分析三层结构在圆柱型压头作用下的力电响应.利用傅里叶积分变换方法,论文将压电涂层-功能梯度压电层-基底结构在刚性圆柱压头作用下的二维平面应变接触问题转化为带有柯西核的奇异积分方程.运用高斯-切比雪夫积分公式,将奇异积分方程转化为线性方程组并对其进行数值求解,得到压电涂层-功能梯度压电层-基底结构在圆柱形压头作用下的应力分布和电位移分布.数值结果表明,梯度压电材料参数的变化对结构中的力电响应具有重要的影响.论文研究结果对于利用功能梯度压电界面层消除界面处的应力不连续导致的界面破坏具有重要的理论指导意义,研究结果可为功能梯度压电材料界面层的设计提供帮助.