基于局部法评定FeCrAl/Q345涂层界面结构完整性的研究

摘要

目前，在航天、航空等许多工业领域，各种热涂层技术已经广泛用于提高机械构件的性能，延长其使用寿命。而涂层与母材基体的完整性是构件安全的关键，涂层的结合强度成为评价涂层适用性的重要标准之一。本文从探讨涂层/基体系统界面结构完整性评定的方法出发，对传统断裂参量J积分在界面断裂问题中应用，以及基于局部法评定FeCrAl/Q345涂层系统的界面断裂行为等问题进行了研究。 本文介绍了脆性材料断裂的统计学原理，而后阐述介绍了局部法分析界面脆性断裂裂纹扩展问题的理论。 分别采用三点弯曲法和四点弯曲法，测量带预制疲劳裂纹试样和带缺口试样的FeCrAl/Q345涂层系统的界面结合强度(界面临界断裂载荷Pc)，为断裂力学实验分析提供实验数据。 利用ABAQUS有限元分析软件，计算了八个带预制疲劳裂纹的试样发生界面断裂时的J积分值，发现八个弯曲试样发生界面断裂时的J积分值分散很大。表明使用传统单一断裂参量J积分来评价界面断裂是不适合的。 利用两种形式弯曲试样的界面结合强度的实验数据，将局部法用于分析FeCrAl/Q345涂层系统的界面断裂行为对试样几何形式和加载方式的依赖性。并且基于局部法预测了界面的断裂行为。研究发现不同几何形式的试样在发生界面断裂时，在相同断裂概率下其威布尔应力基本上相同，并且基于预制裂纹试样的试验结果成功的预测了一种缺口试样断裂数据的分布。总之，基于局部法可以显著地减小断裂数据对几何形式和加载方式的依赖性，说明局部法可以用来描述双材料界面的断裂行为，并应用于对界面的完整性评定中。 在基体Q345钢成分相同情况下，对比FeCrAl/Q345涂层系统的断裂失效概率与LX88A/Q345涂层系统断裂失效概率，发现FeCrAl/Q345涂层系统的断裂失效概率要比LX88A/Q345涂层系统断裂失效概率高。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2涂层/基体界面断裂力学参量的研究

1.3局部法介绍

1.4研究内容

第二章 局部法分析界面脆性断裂的理论基础

2.1脆性材料断裂的统计学原理

2.2界面裂纹的局部法理论基础

2.2.1界面裂纹失稳扩展模型

2.2.2界面裂纹的断裂准则

2.2.3局部法理论在界面裂纹分析中的应用

第三章 测量FeCrAl／Q345涂层界面结合强度的断裂力学实验

3.1实验材料

3.2试样形式及制备

3.3实验方法

3.4试验结果

第四章 局部法评定FeCrAl／Q345涂层界面结构完整性的应用

4.1 ABAQUS介绍

4.1.1ABAQUS分析过程

4.1.2 ABAQUS分析模型的组成

4.1.3ABAQUS建模

4.2有限元分析

4.2.1 C3PB有限元分析

4.2.2 N4PB有限元分析

4.3界面裂纹J积分有效性讨论

4.3.1虚拟裂纹扩展法的原理

4.3.2界面裂纹J积分的守恒原理

4.3.3传统单一断裂参量J积分的有效性讨论

4.4威布尔双参数局部法评定FeCrAl／Q345涂层界面断裂的应用

4.4.1威布尔参数的求解方法

4.4.2威布尔参数估计中的关键问题

4.4.3基于局部法由预制裂纹试样预测缺口试样的临界断裂载荷

4.5本实验涂层系统的断裂失效概率与LX88A/Q345涂层系统对比

第五章 结论

参考文献

致 谢