题 目：先进热障涂层体系的损伤与灾变机制研究
报告人：魏悦广教授（北京大学工学院）
时 间：2016年12月8日（周四）13：30
地 点：延长校区应用数学和力学所200会议室
摘 要：在航空航天领域，对产品的优质热防护设计是永恒追求的目标，热障涂层技术是实现优质热防护设计最重要的途径之一并受到广泛应用。热障涂层技术常用于高温发动机叶片的热防护、近空间飞行器表层的抗热冲击防护等领域，前者通常表现出热震（Thermal Shock）破坏特征，而后者则通常表现出热冲击（Thermal Impact）失效及热烧蚀（Thermal Ablation）失效行为。早期热防护常采用传统热障涂层，随着新材料技术的发展，越来越多的具有优异隔热性能的先进热障涂层获得广泛应用。先进热障涂层由纳米尺度的陶瓷颗粒组成，该种涂层材料的总体力学性能紧密地依赖于其微观结构，即具有跨尺度力学行为。先进热障涂层通常承受机械冲击、热震、热冲击、热烧蚀以及热循环等载荷，其失效机制为涂层的损伤萌生、演化并导致其总体的灾变破坏特征。热震和热冲击破坏模式有本质的区别：前者往往以表面裂纹的形式出现，即在涂层表面突然出现裂纹群（所谓的"外伤"），由裂纹群的瞬间汇合形成总体灾变破坏；而后者往往在涂层表面材料显得并无较大破坏特征的情形下，在次表面出现层裂破坏现象（所谓的"内伤"）。损伤及由损伤引起的失效（灾变）是热障涂层体系的重要破坏机制，蕴含的关键科学问题是：怎样有效地表征热障涂层体系的损伤及灾变破坏机制？以往对热障涂层损伤的刻划：采用裂纹数目或裂纹密度等作为热障涂层的损伤度量，这些量虽然可由实验直接测量，但难以从根本上把握热障涂层体系的破坏机理。报告针对先进热障涂层/镍基超合金体系的强韧及破坏问题，从热力等效出发展开研究。首先从热震实验出发观测涂层损伤机制，然后基于力热等效开展典型热障涂层的灾变实验，即三点弯曲、四点弯曲、圆板弯曲等，获得热障涂层的灾变破坏机制。通过建立弹脆性介质的跨尺度力学理论与损伤刻划方法，提出损伤及损伤敏感度的概念并用以刻划热障涂层的灾变破坏行为。为了比较，报告也分别采用了常用的两种不同的损伤定义（即数学损伤定义及内聚力损伤定义）对热障涂层的损伤破坏进行刻划。
