硬涂層材料力學參數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，與基體構成涂層-基體復合結構。涂層-基體復合結構的材料力學性能參數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，其材料力學參數測試及辨識極易受到基體的影響。此外，研究表明，硬涂層的力學特性通常表現為各向異性，這些因素均為硬涂層各向異性材料參數辨識帶來了困難。傳統的測試方法無法滿足硬涂層各向異性材料力學特性參

2、數辨識的需要。
　　本文分別建立了考慮壓痕基體效應的硬涂層各向同性力學特性參數辨識方法和硬涂層橫觀各向同性力學特性參數辨識方法;將辨識結果應用于硬涂層-基體復合結構的振動特性分析中，采用實驗測試與數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特性參數;進一步開展了硬涂層-基體復合材料結構的振動響應分析，對硬涂層減振性能進行了對比分析。具體內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，針對基體效應對納米壓痕實驗辨識硬涂層力學特性參數結果的影響，采用有限元模擬分析了最大加載力、加載曲線指數與涂層材料的力學特性參數、壓痕深度等的關系，結合納米壓痕實驗結果，求解得到了NiCrAlY材料的各向同性力學特性參數。
　　(2)以各向異性彈性本構關系為基礎，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、加載曲線指數與涂層力學特性參數和壓痕深度之間的無量綱方程，結合納米壓痕實

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。
　　(3)考慮NiCrAlY涂層的各向異性，建立了硬涂層-薄板復合結構的有限元模型，對其固有特性和振動響應進行計算，同時開展振動測試，獲得硬涂層-薄板復合結構的固有頻率、模態(tài)阻尼比和共振響應。對比有限元計算與實驗測試的結果，驗證了辨識得到力學特性參數的正確性，以及用于預估共振響應的可靠性。
　　(4)在提出了減振效果綜合評價指標的基礎上，基于有限元