《熱失配致複合材料結構界面層裂及熱-力等效試驗研究》是依託中國科學院力學研究所，由魏悅廣擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：熱失配致複合材料結構界面層裂及熱-力等效試驗研究
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：魏悅廣
- 依託單位：中國科學院力學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
層裂是熱衝擊下材料及結構的主要失效模式之一。層裂為表層材料或塗層在熱失配壓應力作用下界面裂紋在剪下主導下的接觸擴展問題，層裂過程為一跨尺度力學破壞機制。本項目主要針對未來近空間飛行器所涉及的熱衝擊環境以及它對抗熱衝擊和輕質等方面的要求，從跨尺度力學表征、熱-力等效試驗和計算模擬等角度系統地研究複合材料結構體系（作為未來近空間飛行器設計的備選材料結構）的界面層裂問題。首先從前期建立的跨尺度理論模型出發刻劃受熱衝擊作用外表隔熱層與基體層間界面的層裂機制。其次通過熱-力等效及系統的試驗研究（由粘接薄板拉剪試驗模擬均勻溫度熱失配；由撕裂試驗模擬梯度溫度熱失配（熱衝擊）），觀測微裂紋形核、演化導致層裂的基本規律，建立跨尺度力學理論參數間的關係。最後，通過大規模的計算機仿真模擬，系統地研究裂紋面的接觸摩擦效應及對層裂擴展的影響規律。通過本項目研究，為進一步最佳化耐熱衝擊複合材料結構體系提供理論依據。
結題摘要
熱防護層（或塗層）的斷裂或層裂是熱衝擊下該防護層/基體體系或結構的主要失效模式。熱衝擊下熱防護層的斷裂是熱防護層材料局部達到了極限拉伸強度，一般在薄的熱防護層的情形發生該種破壞；而層裂為表層材料或塗層在熱失配壓應力作用下界面裂紋在剪下主導下的接觸擴展問題，層裂過程為一跨尺度力學破壞機制。一年來，項目在執行過程中，主要針對未來近空間飛行器所涉及的熱衝擊環境以及它對抗熱衝擊和輕質等方面的要求，結合一種實際的高溫發動機葉片體系（陶瓷塗層ZrO2-8%Y2O3 / Ni基超合金），從跨尺度力學表征、熱-力等效試驗和計算模擬等角度系統地研究了熱防護層/基體體系（作為未來近空間飛行器設計的可能備選材料結構）的界面層裂問題。首先從前期建立的跨尺度理論模型出發刻劃了受熱衝擊作用外表隔熱層與基體層間界面的層裂機制。其次通過熱-力等效及系統的熱震試驗研究（由三點彎曲實驗模擬熱失配引起的變形失配以及粘接薄板拉剪試驗模擬均勻溫度熱失配；由撕裂試驗模擬梯度溫度熱失配（熱衝擊）），觀測微裂紋形核、演化導致熱防護層斷裂及層裂的基本規律，建立了跨尺度力學理論參數間的關係。最後，通過大規模的計算機仿真模擬，系統地研究裂紋面的接觸摩擦效應及對層裂擴展的影響規律。通過本項目研究，為進一步最佳化耐熱衝擊複合材料結構體系提供了理論依據。
