硬涂層材料力學(xué)參數(shù)辨識(shí)與振動(dòng)抑制機(jī)理研究.pdf

1、硬涂層材料通常采用等離子噴涂、氣象沉積等制備方法涂敷在基體上，與基體構(gòu)成涂層-基體復(fù)合結(jié)構(gòu)。涂層-基體復(fù)合結(jié)構(gòu)的材料力學(xué)性能參數(shù)與單一涂層材料或基體材料明顯不同。由于硬涂層材料的厚度相對(duì)基體而言尺度很小，并且硬涂層材料的與基體之間存在彈性差異，其材料力學(xué)參數(shù)測(cè)試及辨識(shí)極易受到基體的影響。此外，研究表明，硬涂層的力學(xué)特性通常表現(xiàn)為各向異性，這些因素均為硬涂層各向異性材料參數(shù)辨識(shí)帶來(lái)了困難。傳統(tǒng)的測(cè)試方法無(wú)法滿足硬涂層各向異性材料力學(xué)特性參

2、數(shù)辨識(shí)的需要。
　　本文分別建立了考慮壓痕基體效應(yīng)的硬涂層各向同性力學(xué)特性參數(shù)辨識(shí)方法和硬涂層橫觀各向同性力學(xué)特性參數(shù)辨識(shí)方法;將辨識(shí)結(jié)果應(yīng)用于硬涂層-基體復(fù)合結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性分析中，采用實(shí)驗(yàn)測(cè)試與數(shù)值計(jì)算相對(duì)照的方式，驗(yàn)證和確認(rèn)了適用于振動(dòng)分析的、更合理的硬涂層材料力學(xué)特性參數(shù);進(jìn)一步開(kāi)展了硬涂層-基體復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)分析，對(duì)硬涂層減振性能進(jìn)行了對(duì)比分析。具體內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)將NiCrAlY涂層視

3、為各向同性彈性體，針對(duì)基體效應(yīng)對(duì)納米壓痕實(shí)驗(yàn)辨識(shí)硬涂層力學(xué)特性參數(shù)結(jié)果的影響，采用有限元模擬分析了最大加載力、加載曲線指數(shù)與涂層材料的力學(xué)特性參數(shù)、壓痕深度等的關(guān)系，結(jié)合納米壓痕實(shí)驗(yàn)結(jié)果，求解得到了NiCrAlY材料的各向同性力學(xué)特性參數(shù)。
　　(2)以各向異性彈性本構(gòu)關(guān)系為基礎(chǔ)，將NiCrAlY涂層視為橫觀各向同性彈性體，通過(guò)有限元模擬建立了壓痕最大加載力、加載曲線指數(shù)與涂層力學(xué)特性參數(shù)和壓痕深度之間的無(wú)量綱方程，結(jié)合納米壓痕實(shí)

4、驗(yàn)，對(duì)無(wú)量綱方程進(jìn)行了求解，獲得了NiCrAlY涂層的橫觀各向同性材料參數(shù)。
　　(3)考慮NiCrAlY涂層的各向異性，建立了硬涂層-薄板復(fù)合結(jié)構(gòu)的有限元模型，對(duì)其固有特性和振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)開(kāi)展振動(dòng)測(cè)試，獲得硬涂層-薄板復(fù)合結(jié)構(gòu)的固有頻率、模態(tài)阻尼比和共振響應(yīng)。對(duì)比有限元計(jì)算與實(shí)驗(yàn)測(cè)試的結(jié)果，驗(yàn)證了辨識(shí)得到力學(xué)特性參數(shù)的正確性，以及用于預(yù)估共振響應(yīng)的可靠性。
　　(4)在提出了減振效果綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，基于有限元