热障涂层损伤声发射信号源的反演分析

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1、学校代码10530学号201110081272分类号TB35密级公开硕士学位论文热障涂层损伤声发射信号源的反演分析学位申请人游晶指导教师杨丽副教授学院名称材料与光电物理学院学科专业材料科学与工程研究方向材料测控技术与装备二零一四年六月万方数据InverseAnalysisofAcousticEmissionSourceofTheDamageInThermalBarrierCoatingsCandidateJingYouSupervisorAssociateProfessorLiYangCollege

2、FacultyofMaterials,OptoelectronicsandPhysicsProgramMaterialsControlTechnologyandEquipmentSpecializationMaterialsScienceandEngineeringDegreeEngineeringMasterUniversityXiangtanUniversityDateJune2014万方数据湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除

3、了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

4、涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日万方数据摘要热障涂层(thermalbarriercoatings，简称TBCs)因其优良的隔热性、耐磨性和耐蚀性被广泛应用在航空工业的涡轮发动机中。然而，热障涂层由于自身具有复杂的结构、服役环境十分的严酷，在涂层的表面和界面处易发生开裂和分层现象，从而最终导致涂层剥落失效，甚至会造成灾难性的事故。影响热障涂层表面开裂和界面分层的因素众多，因此造成了表面裂纹产生、扩展导致的表面开裂和界面裂纹产生，扩展导致的界面分层产生的时间、位置和

5、程度的预测困难。无损评价热障涂层的损伤模式对于其寿命预测具有重要的意义。热障涂层表面开裂与界面开裂是导致涂层失效的最主要的两种模式，现在已经证明实验上利用声发射系统检测到的声发射信号频率可以区分这两种涂层的失效模式。然而，声发射信号频率区分热障涂层中裂纹的模式的方法仅仅在实验上得到了验证，对于该方法的科学性还没有从理论上得到严格的证明。本文应用声发射方法实时监测了弯曲试验下热障涂层失效过程，采集了表面裂纹和界面裂纹的声发射信号，应用广义射线理论计算热障涂层中点源的格林函数，通过反演分析从理论上证明了

6、利用声发射频率区分涂层表面裂纹和界面裂纹失效形式的合理性，主要研究内容如下：第一，建立了热障涂层内裂纹数学模型矩张量与声发射信号之间的数学关系。热障涂层表面裂纹和界面裂纹会产生弹性应力波，弹性波在经过多次的反射，折射和透射，到达声发射传感器处被接收转化为电信号输出。根据矩张量与格林位移函数以及声发射仪信号之间的关系，最终建立起与裂纹信息相关的矩张量和声发射波形之间的直接联系。第二，铅笔芯断裂标定实验确定了传感器传递函数。声发射传感器的传递函数反映了检测系统的特性，与输入无关。首先，采集铅笔芯断裂时点

7、源力激励的声发射信号，利用广义射线方法计算出了传感器处的格林位移函数，通过反卷积最终得到传感器的传递函数。第三，声发射检测弯曲载荷作用下热障涂层的表面裂纹与界面裂纹的扩展失效过程，采集表面裂纹和界面裂纹声发射信号，利用广义射线方法计算半空间模型的格林函数，通过与声发射信号的反卷积从而得到表面裂纹与界面裂纹的时间函数与频率分布，表面裂纹对应的主频分布在0.4-0.6MHz左右，界面裂纹对应的主频分布在0.8-1.1MHz之间。从而从理论上证明了利用声发射频率来区分热障涂层的失效模型是科学和合理的。关键

8、词：热障涂层；声发射；广义射线；格林函数；频谱I万方数据AbstractThermalbarriercoating(thermalbarriercoatings,TBCs)arewidelyusedinaviationturbineenginesbecauseofitsexcellentthermalinsulation,wearresistanceandcorrosionresistance.However,becauseofitscomplexstructure,