疊層功能梯度材料細觀損傷演化機理實驗研究

《疊層功能梯度材料細觀損傷演化機理實驗研究》是依託昆明理工大學，由郭榮鑫擔任項目負責人的地區科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：疊層功能梯度材料細觀損傷演化機理實驗研究
• 項目類別：地區科學基金項目
• 項目負責人：郭榮鑫
• 依託單位：昆明理工大學

項目摘要

由於細觀尺度下實驗成果的缺乏，目前我們對功能梯度材料（FGMs）的損傷演化機理尚不十分清楚，影響了材料的最佳化設計和有效製備。本項目在前期材料製備和巨觀性能測試的基礎上，圍繞製備工藝、細觀結構及其演化和巨觀性能這一主線，針對疊層功能梯度材料在力/熱-力作用下的細觀損傷演化開展實驗研究，包括：材料細觀損傷萌生和演化的原位觀測，如，顆粒脫粘、顆粒開裂、滑移帶、裂紋的形成與擴展等；掃描電鏡下數字圖像相關方法的改進；巨觀裂紋尖端應變場的原位測量和力學參量的提取；細觀尺度下不同梯度微區域應變場、微裂紋擴展路徑和擴展速率的原位測量，探討FGMs的細觀損傷演化機理，細觀結構和材料梯度對微裂紋疲勞特性的影響，以及宏細觀損傷斷裂機理的內稟關在線上制，分析修正相關理論和數值模擬結果。研究成果將改進細觀力學的實驗表征方法、加深對FGMs細觀損傷機理的認識，同時為FGMs的最佳化設計以及性能評價提供參考。

結題摘要

功能梯度材料的損傷演化機理對於其設計、製備和套用具有重要的指導意義，但在這方面開展的實驗研究工作還比較少。本項目研究團隊圍繞疊層功能梯度材料的細觀損傷演化機理，開展了細觀損傷原位測試方法、功能梯度材料宏細觀損傷斷裂和套用於功能梯度材料損傷斷裂測試的三維實時數字全息測量方法等研究工作。提出了平均灰度二階導數這一新的散斑圖質量評價參數，將數字圖像相關方法與掃描電子顯微鏡相結合，實現了對顆粒增強複合材料的微區變形場的定量測量；套用DIC方法測量了Cu/WC複合材料和疊層功能梯度材料在高溫下的斷裂韌性，得到了斷裂韌性指標隨材料成分、結構及溫度的變化規律；開展了Cu/WC複合材料和疊層功能梯度材料的巨觀裂紋擴展行為研究，結合實驗、數值模擬和SEM觀測等手段，給出了材料細觀結構、梯度組成對裂紋擴展行為的影響機制；開展了Cu/WC複合材料在力/熱-力耦合作用下的原位SEM疲勞實驗，研究了該材料在力/熱-力耦合作用下的損傷機理；研究了Cu/WC均質複合材料和疊層材料的動態壓縮力學性能，分析了其微觀損傷機制；提出了基於最小二乘、疊代和相位梯度校正的相位解包裹算法，構建了基於彩色數字全息的三維變形測量系統，為功能梯度材料的損傷斷裂研究提供了一種新的方法。本項目完成了計畫書規定的研究任務，實現了預期目標，對功能梯度材料的設計、製備和套用具有重要的學術價值和指導意義。