激光层裂技术测量涂层与基体结合强度研究

激光层裂法测量涂层结合强度是近年来新发展的一种方法，文中介绍了该方法检测的基本原理与实验方法，并对该测量方法的几个关键技术，即应力波生成与传播的数学模型、约束怪与能量吸收层对应力波形的影响、应力波形的测量与临界值的判定，进行评述，并讨论了该技术的研究进展。     

激光薄膜层裂技术的理论建模及相关诊断技术

以定量检测Al2O3薄膜／steel体系薄膜界面动态结合强度为目的,应用改进激光层裂装置,利用高功率脉冲激光冲击薄膜表面能量吸收层产生向基体内部传播的高幅应力波。在自由表面应用激光探针对心记录到达该面的应力波引起的振动位移。通过应力波分析、数据处理和数值模拟,建立了应力波传播与衰减模型。经过应力波相关技术表征,建立了关于界面损伤发展的3个阶段;初始脱粘、裂纹扩展、薄膜剥离的新的层裂判别准则。同时,根据应力波的到达时间和衰减方式,提出估计层裂面尺寸的计算方法。     

激光薄膜层裂技术的理论建模及相关诊析技术

以定量检测Al2 O3薄膜 /steel体系薄膜界面动态结合强度为目的 ,应用改进激光层裂装置 ,利用高功率脉冲激光冲击薄膜表面能量吸收层产生向基体内部传播的高幅应力波 在自由表面应用激光探针对心记录到达该面的应力波引起的振动位移 通过应力波分析、数据处理和数值模拟 ,建立了应力波传播与衰减模型 经过应力波相关技术表征 ,建立了关于界面损伤发展的 3个阶段 :初始脱粘、裂纹扩展、薄膜剥离的新的层裂判别准则 同时 ,根据应力波的到达时间和衰减方式 ,提出估计层裂面尺寸的计算方法     

钢筋混凝土圆杆中的应力波传播及层裂研究

利用Φ74 mm的Hopkinson压杆对圆柱型钢筋混凝土试件进行了波传播实验和层裂实验研究,利用应变片记录杆中应力波信号,使用高速摄影机拍摄试件的拉伸破坏过程.实验结果表明：在较低的加载速率下,应力波在钢筋混凝土试件传播过程中呈现弹性波特性,不弥散不衰减;在较高的加载速率下,钢筋混凝土试件出现层裂现象,层裂强度在7 MPa左右;断裂试件中的裂纹在拉压应力波交替作用下反复张开闭合,随着应力波在杆中的衰减而趋于稳定.     

界面结合强度的激光冲击定量测定装置

我校“界面结合强度的激光冲击定量测定装置”被授予实用新型专利．其涉及激光技术和材料性能测试领域，装置包括激光器、外光路系统、工装夹具系统、试样体系、干涉仅、示波器、控制系统、计算机处理终端，试样体系为等边直角三棱柱或其变形体．试样体系表面贴设由透明约束层和能量吸收层组成的一体式柔性贴膜，示波器为双通道示波器，工装夹具系统由安装试样体系的下夹板和上夹板及带直角凹槽的压紧螺杆组成．应用本装置可利用试样斜面上应力波形的转换，在待测直角乃至整个下部区域形成单纯拉伸应力区，在此区域内设计待测界面，界面将产生单纯拉伸剥离，可以更直接、更准确地实现界面结合强度的定量测定．     

增韧氧化铝陶瓷的层裂强度及压缩损伤研究

采用一级轻气炮对增韧ZTA 95/10陶瓷进行一维应变冲击压缩,通过激光干涉测速技术测量样品的自由面速度剖面,计算经过冲击压缩后残余的层裂强度,分析了其与加载应力的关系,并与未增韧的AD95陶瓷进行了对比,讨论了冲击压缩损伤程度随加载应力的变化关系以及增韧效果. 结果表明:加载应力在其雨贡纽弹性极限σ_HEL(约4.1 GPa)以下,ZTA 95/10陶瓷的层裂强度基本稳定,平均值为0.39 GPa,材料未发生压缩损伤;超过σ_HEL,层裂强度逐渐降低,开始发生压缩损伤;层裂强度在1.5倍σ_HEL附近降低到0,表明压缩损伤程度比较严重. 与AD95陶瓷相比,加载应力在3.7 GPa(AD95陶瓷的冲击压缩损伤阈值应力)以下,两种陶瓷的层裂强度基本相当;加载应力进一步增大,AD95陶瓷的层裂强度快速降低,而增韧后的ZTA 95/10陶瓷的层裂强度下降并不明显,表明ZTA 95/10陶瓷的压缩损伤程度远小于AD95陶瓷,这在一定程度上体现了增韧效果.      

应力波和层裂计算中的光滑粒子法

采用光滑粒子法,数值模拟了平板碰撞下一维弹塑性应变波的传播及其在自由面和固定端的反射.通过引入含损伤的应变率相关的本构方程,对铝-锂合金的层裂实验进行了数值模拟.计算结果表明,光滑粒子法能很好地模拟应力波的传播和相互作用,层裂的计算结果与实验结果也比较吻合.     

非均匀介质中应力波反射诱发层裂过程的数值模拟

采用基于细观损伤力学基础上开发的动态版RFPA2。数值模拟软件，对不同冲击栽荷作用下非均匀介质中应力波反射谤发层裂过程进行数值模拟。通过对不同应力波延续时间、不同应力波峰值和不同应力波波形下应力波诱发层裂过程的数值分析，对应力波反射诱发层裂的规律和机制进行探讨。研究结果表明：应力波延续时间和应力幅值对岩石的层裂过程影响较大，不同形状的应力波实际上是在相同时段内应力波具有不同的应力幅值和不同的应力加栽速率，不同形状的应力波对介质的作用结果是这些因素同时作用的综合反映;应力波反射谤发层裂过程的发生，是各个时刻不同加载条件下微破裂累积的宏观体现。     

复合材料层间基体铆接与层间剪切强度的关系

采用一种新的实验测试方法研究织物增强复合材料层合板的层间剪切强度,对该测试方法作了理论分析并建立了数学模型.提出了织物增强复合材料层合板中基体层间铆接的存在.采用不同经纬密度的织物作增强材料,研究了铆接与层间剪切强度的关系.为织物增强复合材料的细观力学设计提供了依据.     

划痕试验法表征薄膜涂层界面结合强度

薄膜—基体界面结合性能是直接关系到膜—基体系最终使用性能和可靠性的关键因素和首要指标．划痕试验法是唯一广泛应用于测量硬质薄膜—基体界面结合强度的实用的检验方法．文中给出划痕试验法表征薄膜涂层界面结合强度的原理、方法与过程，以及临界载荷Lc的确定方法，分析影响临界载荷Lc和压头与薄膜—基体组合体之间摩擦系数μ因素．最后，介绍了常用划痕试验检测的薄膜体系及其特点与划痕形貌．     

铝热反应熔附成型陶瓷涂覆技术的研究

采用铝热反应熔附成型技术在普通碳素钢管内壁涂覆一层较为均匀致密的陶瓷层。分析了烯释剂添加量和粉体充填密度对反应蔓延速度以陶瓷涂层厚度的影响。     

自由面对应力波反射诱发层裂过程影响的数值模拟

采用基于细观损伤力学基础上开发的动态版岩石破坏过程分析系统RFPA2D数值模拟软件,对冲击载荷作用下非均匀介质中应力波反射诱发层裂过程进行了数值模拟,重点探讨了不同自由面情况对层裂过程的影响.结果表明：动态版RFPA2D数值模拟软件可以逼真地模拟其过程;在不同自由面情况下,应力波传播至自由面产生反射诱发层裂破坏,除与应力波的峰值、延续时间和波形等有关外,还与应力波传播的方向有关,如果相同应力波垂直入射至自由面比斜入射至自由面更容易诱发层裂破坏的发生;当应力波平行入射至自由面时不会诱发层裂破坏.     

静水压下胶粘涂层的吸湿应力研究

根据半无限体的轴对称模型，对静水压下的胶粘涂层因填充粒子与胶层基体间吸湿性能的差别而引起的吸湿应力进行了研究，以达到饱和吸湿浓度的抗水力磨蚀胶粘涂层为例，对吸湿应力作了数值计算，并进行了结果分析     

激光激发干涉仪检测涂层/基底的黏结特性

将脉冲激光器产生的激光直接照射到环氧涂层/铝基底的界面激发声波,并在铝基底的后表面上利用光学干涉仪对位移进行检测.实验结果表明,直达波和反射波的幅度比值与界面黏结质量相关,利用该方法可对类似结构的黏结质量进行评价分析.     

热力射流温度场及温度应力数值模拟研究

热力射流破岩技术是指利用高温介质诸如超临界水对岩石进行快速局部加热达到破碎岩石的目的。由于岩石基质热导率很低,因此会在岩石表面形成温度应力。当温度应力超过岩石的强度,会在岩石内部形成微裂缝,且裂缝不断扩展最终使得岩石表面发生热裂解,热裂解作用导致岩石表面从本体脱落从而使得岩石破碎。基于热-固耦合理论建立了热裂解钻井模型,利用Crank-Nicolson差分方法求解得到了热裂解过程中井底岩石温度场和温度应力的分布规律。结果表明,在热裂解钻井过程中,岩石受热部分温度迅速升高,在径向和轴向方向上产生温度梯度;受热部分体积膨胀在径向方向上受到压应力作用,在轴向方向上发生屈曲,受到剪应力作用。研究成果对热裂解钻井的现场应用具有十分重要的指导意义。     

激光超声表面波检测薄板残余应力的数值模拟

应用ABAQUS有限元软件模拟了脉冲激光激发的超声表面波在半无限大弹性薄板内的传播.首先把激光激励等效为作用在薄板表面的高斯分布的脉冲载荷,模拟输入的超声信号,在边界处采用无限单元来消除边界反射波对接收信号的干扰,接收到的表面波信号具有典型的表面波特点.其次,通过修正弹性模量的方法得到薄板在单向应力状态下的应力场,采用时差法得到表面波在应力区的传播速度,所得的数值结果和理论解与实验结果拟合良好,为激光超声检测残余应力提供了一种有效的数值方法.     

选区激光熔化Al-Mg-Sc系高强铝合金的研究进展

选区激光熔化(selective laser melting, SLM)技术具有一体化快速制备复杂和高精度零件的能力,在航空航天等工业生产中有巨大的发展潜力。高强铝合金是近年来在增材制造领域发展迅速,可实现结构轻量化的重要材料,其中Al-Mg-Sc系高强铝合金在结构和性能方面具有极大的潜力。针对增材制造领域Al-Mg-Sc系高强铝合金的应用与发展,结合增材制造工艺技术,从增材制造高强铝合金合金成分、微观组织和力学性能三个方面,全面总结了增材制造Al-Mg-Sc系高强铝合金的研究现状和进展趋势。在增材制造高强Al-Mg-Sc合金领域内,应当重点关注强化元素的多元化、SLM成形合金微观组织调控以及性能特征的多元化研究等方向。     

评价硬质涂层机械性能的技术

描述了测定硬质涂层与基体间的结合力、显微硬度、断裂强度、耐磨性以及涂层刀具切削寿命试验的方法和原理。涂层与基体间的结合力是一种界面特性、是涂层能否实用的关键因素之一。采用四点弯曲法、扭转法、划痕法和压痕技术对硬质涂层(TiN和TiC)的结合力进行测定和评价。硬质涂层的断裂强度、显微硬度和耐磨性也是它的重要机械性能指标,本文对这些性能的测试技术也进行了论述。同时还就硬质涂层刀具的切削寿命进行试验,对其实际的使用效果进行评价。