热障涂层孔隙结构超声多重散射机制及孔隙率定量表征
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51805072
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:26.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0511.机械测试理论与技术
- 结题年份:2021
- 批准年份:2018
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2019-01-01 至2021-12-31
- 项目参与者:金士杰; 李玉阁; 张伟; 孙旭; 高剑英; 李宗艺;
- 关键词:
项目摘要
The thermal-insulation and oxidation-resistance of thermal barrier coatings (TBCs) is significantly depended on its internal pore microstructure. It is difficult to achieve a quantitative characterization of porosity using conventional ultrasonic technique, due to the elastic anisotropy from the pore microstructure including random pore size and anisotropic pore orientation that causes complicated ultrasonic scattering mechanism. In this project, based on the Maxwell homogenization scheme for anisotropic elastic materials, the pore microstructure of TBCs is described by average pore size a, aspect ratios α, and orientation probability density P(ψ,λ). The acoustic scattering response of TBCs is investigated by considering the dependence of anisotropic elastic tensor and pore multi-feature parameters. The wave number depended on pore size, pore orientation and elastic tensor is derived and used to reveal the acoustic multiple scattering mechanism in TBCs. Then, ultrasonic detecting scheme is constructed utilizing the characteristic response signals related with pore multi-feature parameters, which resolves the problems that two independent elastic tensors can’t clarify the acoustic multiple scattering mechanism of anisotropic elastic TBCs. Consequently, the disturbances of thin thickness, random pore size and anisotropic pore orientation in characteristic response signals are decoupled, and a least-square method with cross-correlation algorithm is proposed to solve the characteristic response signals and achieve ultrasonic quantitative nondestructive characterization of porosity in TBCs. This project is important for ensuring the TBCs high comprehensive performance and improving the service life of TBCs components.
热障涂层内部孔隙结构是隔热、抗氧化性能的决定因素,现有涂层孔隙尺寸随机分布、结构取向各向异性等微观特征引起的弹性各向异性,导致声波散射机制复杂、孔隙率超声定量表征困难的问题。本项目基于微观力学Maxwell均匀方案,选用孔隙平均尺寸a、宽高比α、取向概率密度P(ψ,λ)等描述热障涂层孔隙结构,将涂层孔隙多特征参数与弹性各向异性张量的依赖关系引入介质的超声散射模型,通过与孔隙尺寸、取向以及弹性均相关的复波数描述弹性各向异性介质中的超声多重散射机制,进而构建孔隙多特征参数与超声特征检测信号定量关系的检测模型,突破两个独立弹性张量无法阐明热障涂层弹性各向异性特征下的超声散射机制的局限。建立从特征检测信号中解耦薄厚度、孔隙尺寸与取向等干扰的方法,提出特征检测信号的孔隙率最小二乘法-互相关法解析策略,实现热障涂层孔隙率的准确表征。该研究工作为控制热障涂层综合性能、提高涂层工件服役寿命提供重要的保障。
结项摘要
热障涂层内部孔隙结构是隔热、抗氧化性能的决定因素,现有涂层孔隙尺寸随机分布、结构取向各向异性等微观特征引起的弹性各向异性,导致声波散射机制复杂、孔隙率超声定量表征困难的问题。本项目提出了采用“弹性各向异性介质超声多重散射机制正演+面向材料特征检测信号机器学习反演”的创新策略。基于微观力学Maxwell均匀方案,选用孔隙平均尺寸a、宽高比α、取向概率密度P(ψ,λ)等描述热障涂层孔隙结构,将涂层孔隙多特征参数与弹性各向异性张量的依赖关系引入介质的超声散射模型,通过与孔隙尺寸、取向以及弹性均相关的复波数描述弹性各向异性介质中的超声多重散射机制,进而构建了孔隙多特征参数与超声特征检测信号定量关系的检测模型,突破了两个独立弹性张量无法阐明热障涂层弹性各向异性特征下的超声散射机制的局限。提出了从特征检测信号中解耦薄厚度、孔隙尺寸与取向等干扰的方法,提出了特征检测信号的孔隙率最小二乘法-互相关法解析策略,研发了热障涂层孔隙率超声检测新技术, 率先实现了未知孔隙率涂层的预测相对误差小于6.37%,比单独采用BP神经网络或GPR算法预测孔隙率的准确率分别提高32%和48%。该研究工作为控制热障涂层综合性能、提高涂层工件服役寿命提供重要的保障。
项目成果
期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
航空功能涂层表界面完整性参数超声检测反演原理及其应用
- DOI:--
- 发表时间:2021
- 期刊:机械工程学报
- 影响因子:--
- 作者:林莉;马志远;孙珞茗;罗忠兵;雷明凯
- 通讯作者:雷明凯
Identification of the Velocity, Thickness, and Interfacial Roughness of Coating Using Full Time-Domain URCPS: Cross-Correlation-Based Inverse Problem
使用全时域 URCPS 识别涂层的速度、厚度和界面粗糙度:基于互相关的反问题
- DOI:10.1115/1.4042177
- 发表时间:2019-02-01
- 期刊:JOURNAL OF NONDESTRUCTIVE EVALUATION, DIAGNOSTICS AND PROGNOSTICS OF ENGINEERING SYSTEMS
- 影响因子:1.1
- 作者:Ma, Zhiyuan;Lin, Li;Lei, Mingkai
- 通讯作者:Lei, Mingkai
基于纹理合成优化算法的多相非均质材料 二维微观结构表征与重建
- DOI:--
- 发表时间:2021
- 期刊:航空制造技术
- 影响因子:--
- 作者:解曦宇;马志远;林莉
- 通讯作者:林莉
基于BPNN的封严涂层孔隙分布均匀性超声表征
- DOI:--
- 发表时间:2021
- 期刊:航空学报
- 影响因子:--
- 作者:董珍一;林莉;雷明凯;马志远
- 通讯作者:马志远
基于声压反射系数幅度谱特征的涂层脱粘超声C扫描成像检测研究
- DOI:--
- 发表时间:2019
- 期刊:机械工程学报
- 影响因子:--
- 作者:孙珞茗;林莉;马志远
- 通讯作者:马志远
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其他文献
不同施肥措施对水稻土壤微生物镉抗性的影响
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- 发表时间:2021
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- 影响因子:--
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- 通讯作者:梁玉婷
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- 作者:晁碧霄;胡文佳;陈彬;张典;陈光程;俞炜炜;马志远;雷光春;王玉玉
- 通讯作者:王玉玉
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- 作者:肖东方;揭志顺;马志远;应叶;郭小玉;文颖;杨海峰
- 通讯作者:杨海峰
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- DOI:--
- 发表时间:2016
- 期刊:畜牧兽医学报
- 影响因子:--
- 作者:唐德富;李宝胜;马志远;潘香羽
- 通讯作者:潘香羽
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- DOI:10.17520/biods.2020176
- 发表时间:2021
- 期刊:生物多样性
- 影响因子:--
- 作者:胡文佳;周秋麟;陈彬;杨圣云;肖佳媚;杜建国;黄浩;俞炜炜;马志远
- 通讯作者:马志远
其他文献
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- 批准号:
- 批准年份:2021
- 资助金额:58 万元
- 项目类别:面上项目
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