硬涂層材料力學(xué)參數(shù)辨識與振動抑制機理研究.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)測試及辨識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)辨識帶來了困難。傳統(tǒng)的測試方法無法滿足硬涂層各向異性材料力學(xué)特性參

2、數(shù)辨識的需要。
　　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)辨識方法和硬涂層橫觀各向同性力學(xué)特性參數(shù)辨識方法;將辨識結(jié)果應(yīng)用于硬涂層-基體復(fù)合結(jié)構(gòu)的振動特性分析中，采用實驗測試與數(shù)值計算相對照的方式，驗證和確認了適用于振動分析的、更合理的硬涂層材料力學(xué)特性參數(shù);進一步開展了硬涂層-基體復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)分析，對硬涂層減振性能進行了對比分析。具體內(nèi)容主要包括以下幾個方面:
　　(1)將NiCrAlY涂層視

3、為各向同性彈性體，針對基體效應(yīng)對納米壓痕實驗辨識硬涂層力學(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)合納米壓痕實驗結(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量綱方程，結(jié)合納米壓痕實

4、驗，對無量綱方程進行了求解，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，對其固有特性和振動響應(yīng)進行計算，同時開展振動測試，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)。對比有限元計算與實驗測試的結(jié)果，驗證了辨識得到力學(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價指標(biāo)的基礎(chǔ)上，基于有限元