熱障涂層損傷聲發(fā)射信號源的反演分析.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)動機中。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、擴展導(dǎo)致的表面開裂和界面裂紋產(chǎn)生，擴展導(dǎo)致的界面分層產(chǎn)生的時間、位置和程度的預(yù)測困

2、難。無損評價熱障涂層的損傷模式對于其壽命預(yù)測具有重要的意義。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)證明實驗上利用聲發(fā)射系統(tǒng)檢測到的聲發(fā)射信號頻率可以區(qū)分這兩種涂層的失效模式。然而，聲發(fā)射信號頻率區(qū)分熱障涂層中裂紋的模式的方法僅僅在實驗上得到了驗證，對于該方法的科學(xué)性還沒有從理論上得到嚴格的證明。本文應(yīng)用聲發(fā)射方法實時監(jiān)測了彎曲試驗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，應(yīng)用廣義射線理論計算

3、熱障涂層中點源的格林函數(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)射信號之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。熱障涂層表面裂紋和界面裂紋會產(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，到達聲發(fā)射傳感器處被接收轉(zhuǎn)化為電信號輸出。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)定實驗確定了傳感器傳遞函數(shù)。聲發(fā)射傳感器的傳遞函數(shù)反映了檢測系統(tǒng)的特性，與輸入無關(guān)。首先，采集鉛筆芯斷裂時點源力激勵的聲發(fā)射信號，利用廣義射線方法計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)射檢測彎曲載荷作用下熱障涂層的表面裂紋與界面裂紋的擴展失效過程，采集表面裂紋和界面裂紋聲發(fā)射信號，利用廣義射線方法計算半空間模型的格林函數(shù)，通過與聲發(fā)射信號的反卷積從而得到