%b6瓷涂层钢基体界面裂纹的应力强度因子.pdf

万方数据
=ln[(+)(+)]NLlE1-接1,2界面裂纹的应力强度因子tan-1焊学报0言荆洪阳应力强度因子;谴怪庇诮缑娴恼αΓ籯是剪293徐律蕾各种涂层技术已在航天航空、燃煤锅炉、机械构件修复等许多领域获得广泛应用。涂层从基体上剥离会导致整个热喷涂系统的失效,因此涂层与基体问的结合强度是评价涂层寿命的重要设计参数。涂层的剥离经常从涂层与基体的界面处微观裂纹或缺陷开始,在外部载荷作用下裂纹扩展,直至涂层从基体上剥离。因此,有必要采用界面断裂力学方法测量界面的结合强度,并找出一个合适的界面断裂控制参量。很明显,这是一个双材料或多材料的界面问题。许多研究者使用弯曲试验测量涂层与基体间界[111](Ke)或临界界面能量释放率适用于硬弹性涂层/硬弹性基体系统。如果基体非常软,当界面裂纹发生扩展时,界面裂纹尖端附近的基体会发生大范围屈(LSY)KcGc加载过程中处于弹性范围内。将断裂力学试验与有限元分析相结合,计算LX88AQ345KIK强度因子的局,拖嘟可由下面公式计算KI=~27rr[rsin(Elnr)+cos(Elnr)](1)#琧一￡式中:和直鹗荌型载荷和型载荷条件下的切应力;途使钩赏糽中所示的极坐标系;￡是界面的振荡系数,定义如下,即式中:下标分别指图衁坎和基体牟牧希杂谄矫嬗Ρ湮侍猓剑—。对于平面应力问题,一/瑅是材料的=E2(1+y),天津;旖蚴邢执蛹际踔氐闶笛槭遥旖摘要:将三点弯曲断裂力学试验与有限元分析岷掀鹄醇扑鉒涂层与钢界面裂纹的复应力强度因子。结果表明,对于三点弯曲试样,当发生界面断裂的临界载荷较小时,涂层试样的界面裂纹尖端附近存在刂魄獽因子随临界载荷的增大,蜃涌刂魄В⑸鶮失效的现象。对于三点弯曲试样,当临界载荷超过一定值时,线弹性断裂力学已经不能描述界面裂纹尖端场。因此,在后续研究中有必要使用弹塑性断裂力学和概率断裂力学对此类界面裂纹进行分析。关键词:界面裂纹;复应力强度因子;三点弯曲试验;有限元分析TGll528文章编号:—一—双材料界面裂纹尖端附近区域V0129No3A收稿日期:—一基金项目:国家自然科学基金资助项目;教育部博士点(20070056096)涂层厂一基体EV21。
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基体宽度和厚度的目标尺寸为蛐,在试样制备咖,裂纹尖端由图中的位置向左扩展到图断裂力学试验距标记线的距离为咖,开裂后变为3复合梁,形式如图尽M坎愫穸仍嘉.—砌,将蛂叫从有限元分析结果中导出,根据式3徐连勇,等:金属基陶瓷涂层/钢基体界面裂纹的应力强度因子IIl因子的比。(1)(2)KIKII试样制备利用三点弯曲试验来获得界面裂纹开裂时的临界载荷。试样包括一个由涂层和基体构成的双材料过程中经机械加工后实际的长度、宽度和厚度分别]009791/。在试样的涂层中部,使用线切割开一条贯穿涂层厚度方向的缺口,缺口宽度为。然后使用疲劳试验机在缺口根部开始预制一条疲劳裂纹,该裂纹平行于界面且处在界面上。试验过程预制好疲劳裂纹的三点弯曲试样被放置在一个万能材料试验机上,加载跨距为m1117加载过程中为了得到界面裂纹开裂时的临界载荷,使用一个远程显微镜观察界面裂纹尖端附近区域。由于在加载过程中试样发生弯曲,从而裂纹尖端的位置会产生变化。而远程显微镜可以在前后、上下和左右三个方向上移动,D使得裂纹尖端附近的显微照片显现在计算机屏