| C/C材料表面ZrB2-SiC功能梯度涂层残余应力分析 |
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| 引用本文： | 谢玲玲,陈文亮,牛亚然,郑学斌,黄贞益. C/C材料表面ZrB2-SiC功能梯度涂层残余应力分析[J]. 表面技术, 2016, 45(12): 97-103 |
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| 作者姓名： | 谢玲玲 陈文亮 牛亚然 郑学斌 黄贞益 |
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| 作者单位： | 南京航空航天大学机电学院,南京210016;中国科学院上海硅酸盐研究所特种无机涂层重点实验室,上海200050;安徽工业大学冶金工程学院,安徽马鞍山243002;南京航空航天大学机电学院,南京,210016;中国科学院上海硅酸盐研究所特种无机涂层重点实验室,上海,200050;安徽工业大学冶金工程学院,安徽马鞍山,243002 |
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| 基金项目： | 中国科学院特种无机涂层重点实验室开放课题基金资助(KLICM-2013-09) |
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| 摘 要： | 目的以C/C复合材料为基体,设计ZrB_2-SiC功能梯度材料。方法利用Ansys软件对等离子喷涂ZrB_2-SiC功能梯度涂层在沉积过程中产生的残余应力进行数值模拟,分析成分分布指数p和梯度层厚度t对梯度涂层残余应力的影响;并通过基于悬臂梁理论的热应力解析,计算与基体接触的涂层在涂层与基体厚度比λ不同时的残余应力值。结果模拟分析结果表明,在涂层与基体的界面,梯度层的厚度对轴向压应力影响不大,径向压应力和切向应力均随厚度的增加而增大,在边缘区域应力集中较为严重,易产生层间破坏;纯ZrB_2层为表面层,其应力主要为径向压应力,且沿径向逐渐减小至0,到边缘处又突变为拉应力,并随p的增大而减小。对比解析法分析可得两者计算的与基体接触的涂层内部的残余应力随λ的增大都是逐渐降低的,这符合涂层内部的应力分布原理。根据优化设计,获得功能梯度材料在各梯度层厚度d为0.1~0.2 mm,成分梯度指数为4时的热应力变化缓和效果较好。结论基于悬臂梁理论的解析解可以很好地评估热应力,并验证了该模拟的正确性。
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| 关 键 词： | 功能梯度涂层 成分分布指数 残余热应力 有限元分析 |
| 收稿时间： | 2016-04-17 |
| 修稿时间： | 2016-12-20 |
Residual Stress in ZrB2-SiC Functionally Graded Coating on C/C Substrate |
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| XIE Ling-ling,CHEN Wen-liang,NIU Ya-ran,ZHENG Xue-bin and HUANG Zhen-yi. Residual Stress in ZrB2-SiC Functionally Graded Coating on C/C Substrate[J]. Surface Technology, 2016, 45(12): 97-103 |
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| Authors: | XIE Ling-ling CHEN Wen-liang NIU Ya-ran ZHENG Xue-bin HUANG Zhen-yi |
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| Affiliation: | 1.School of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China; 2.Key Laboratory of Inorganic Coating Materials, Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China; 3.Metallurgical Engineering College, Anhui University of Technology, Maanshan 243002, China,School of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China,Key Laboratory of Inorganic Coating Materials, Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China,Key Laboratory of Inorganic Coating Materials, Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China and Metallurgical Engineering College, Anhui University of Technology, Maanshan 243002, China |
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| Abstract: | |
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| Keywords: | functionally graded coatings compositional distribution exponent residual thermal stresses finite element analysis |
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