熱障涂層損傷聲發(fā)射信號(hào)源的反演分析.pdf

1、熱障涂層(thermal barrier coatings，簡稱TBCs)因其優(yōu)良的隔熱性、耐磨性和耐蝕性被廣泛應(yīng)用在航空工業(yè)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中。然而，熱障涂層由于自身具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、服役環(huán)境十分的嚴(yán)酷，在涂層的表面和界面處易發(fā)生開裂和分層現(xiàn)象，從而最終導(dǎo)致涂層剝落失效，甚至?xí)斐蔀?zāi)難性的事故。影響熱障涂層表面開裂和界面分層的因素眾多，因此造成了表面裂紋產(chǎn)生、擴(kuò)展導(dǎo)致的表面開裂和界面裂紋產(chǎn)生，擴(kuò)展導(dǎo)致的界面分層產(chǎn)生的時(shí)間、位置和程度的預(yù)測(cè)困

2、難。無損評(píng)價(jià)熱障涂層的損傷模式對(duì)于其壽命預(yù)測(cè)具有重要的意義。熱障涂層表面開裂與界面開裂是導(dǎo)致涂層失效的最主要的兩種模式，現(xiàn)在已經(jīng)證明實(shí)驗(yàn)上利用聲發(fā)射系統(tǒng)檢測(cè)到的聲發(fā)射信號(hào)頻率可以區(qū)分這兩種涂層的失效模式。然而，聲發(fā)射信號(hào)頻率區(qū)分熱障涂層中裂紋的模式的方法僅僅在實(shí)驗(yàn)上得到了驗(yàn)證，對(duì)于該方法的科學(xué)性還沒有從理論上得到嚴(yán)格的證明。本文應(yīng)用聲發(fā)射方法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了彎曲試驗(yàn)下熱障涂層失效過程，采集了表面裂紋和界面裂紋的聲發(fā)射信號(hào)，應(yīng)用廣義射線理論計(jì)算

3、熱障涂層中點(diǎn)源的格林函數(shù)，通過反演分析從理論上證明了利用聲發(fā)射頻率區(qū)分涂層表面裂紋和界面裂紋失效形式的合理性，主要研究內(nèi)容如下：
　　第一，建立了熱障涂層內(nèi)裂紋數(shù)學(xué)模型矩張量與聲發(fā)射信號(hào)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。熱障涂層表面裂紋和界面裂紋會(huì)產(chǎn)生彈性應(yīng)力波，彈性波在經(jīng)過多次的反射，折射和透射，到達(dá)聲發(fā)射傳感器處被接收轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。根據(jù)矩張量與格林位移函數(shù)以及聲發(fā)射儀信號(hào)之間的關(guān)系，最終建立起與裂紋信息相關(guān)的矩張量和聲發(fā)射波形之間的直接聯(lián)系

4、。
　　第二，鉛筆芯斷裂標(biāo)定實(shí)驗(yàn)確定了傳感器傳遞函數(shù)。聲發(fā)射傳感器的傳遞函數(shù)反映了檢測(cè)系統(tǒng)的特性，與輸入無關(guān)。首先，采集鉛筆芯斷裂時(shí)點(diǎn)源力激勵(lì)的聲發(fā)射信號(hào)，利用廣義射線方法計(jì)算出了傳感器處的格林位移函數(shù)，通過反卷積最終得到傳感器的傳遞函數(shù)。
　　第三，聲發(fā)射檢測(cè)彎曲載荷作用下熱障涂層的表面裂紋與界面裂紋的擴(kuò)展失效過程，采集表面裂紋和界面裂紋聲發(fā)射信號(hào)，利用廣義射線方法計(jì)算半空間模型的格林函數(shù)，通過與聲發(fā)射信號(hào)的反卷積從而得到