涂层-梯度层-基底结构中的热残余应力和应力强度因子研究

<span style="font-family: 'Trebuchet MS', 'Lucida Sans Unicode', Arial, sans-serif; line-height: 22px">热喷涂构件中的热残余应力分布对其使用寿命的影响很大，在涂层和基底之间加入功能梯度材料可以降低构件中的热残余应力。本文用数值方法研究了热喷涂涂层-基底结构中孔隙率的随机分布对结构中热残余应力的影响，以及结构中热残余应力和界面裂纹的应力强度因子与功能梯度层层数之间的关系，并与实验结果相验证。论文由四部分组成。首先，介绍了热喷涂技术的发展历史和目前的主要应用、热喷涂产品中存在的问题以及研究和解决这些问题的方法。其次，研究了涂层中随机分布的孔隙对构件中热残余应力的影响，第三，分析了功能梯度层分层的层数对构件中热残余应力的影响，最后，分析了功能梯度层分层的层数对构件界面裂纹应力强度因子的影响。主要结论为：在期望和方差相同的情况下，涂层中的孔隙率呈高斯分布还是呈均匀分布，对涂层-功能梯度层-基底中的热残余应力的分布影响不大；在基底、涂层和功能梯度层的相对厚度不变的情况下，功能梯度层的层数愈多（即材料性质的过渡愈平缓），涂层-（功能梯度层）-基底结构中的热残余应力愈小；在基底、涂层和功能梯度层的相对厚度不变的情况下，功能梯度层分层的层数愈多，涂层-（功能梯度层）-基底结构的界面裂纹的应力强度因子愈小。</span>