热障涂层过渡层力学行为的光测力学方法、技术及应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11802156
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0812.实验固体力学
  • 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

项目摘要

Multilayered thermal barrier coatings (TBCs) are key materials for thermal protection of metallic components in gas-turbine engines. The mechanical properties and behaviour of interlayers (bond layer and thermally grown oxide) have a significant influence on the durability of TBCs. However, due to the reduced dimensionality, complex structure and demanding operating environment, the experimental characterization methods are deficient, and the damage failure mechanism remains unclear. Accordingly, with interlayers as the object of research, this project aims to develop methods and techniques of high-temperature optical mechanics, to characterize and analyse their key mechanical constants, thermo-mechanical coupling behaviour and macro/micro stress. Specifically, to develop fabrication techniques of multiscaled high-temperature speckles across interface and thermo-mechanical coupling optical system; by means of multilayered geometry design and elastic theory derivation, to build a high-temperature elastic modulus testing model based on the strain difference between coated and uncoated parts; combined with optical full-field deformation measurement, microstructure and surface shape characterization, to clarify the damage mechanism of interlayers in complex environment, such as mechanical properties degradation and rumpling evolution, and then to reveal the failure modes of interface; to develop measurement methods of macro/micro stress, and to systematically analyse stress distribution of curved interlayers. Ultimately, laying a foundation for the elucidation of failure mechanism of TBCs.
多层结构热障涂层是燃气轮机热端部件的关键热防护材料。其中,过渡层(粘接层和热生长氧化层)的力学性能与行为对热障涂层的耐久性有重要影响。然而由于其尺寸微小,结构复杂,且服役环境苛刻,相关的实验表征方法较为匮乏,损伤失效的机理不够明确。鉴于此,本项目拟以过渡层为研究对象,发展高温光测力学方法与技术,针对其关键力学参数、热力耦合行为与宏微观应力进行表征与分析。即发展多尺度跨界面的高温散斑制备技术,研制热力耦合光学测试系统;通过多层结构几何构型设计与弹性理论推导,建立基于喷涂/未喷涂区域之间应变差异的高温弹性模量测试模型;结合光学全场变形测试、微结构及表面形貌表征,阐明复杂环境下过渡层的力学性能劣化与皱曲演化等服役损伤机制,并揭示界面失效模式;发展宏微观应力测试方法,系统分析曲面过渡层的应力分布规律。最终为热障涂层失效机理的阐明奠定基础。

结项摘要

热障涂层是现代高性能航空发动机和燃气轮机的重要热防护材料和关键技术之一。其中过渡层-基体材料和结构的力学性能对热障涂层可靠性有重要影响。本项目开展了热障涂层过渡层力学行为的光测力学方法、技术及应用研究。发展了1200℃高温多尺度散斑变形载体制备技术和基于双棱镜的集成化单镜头三维数字图像相关(3D DIC)等光学测量方法,并研制了1200℃热力耦合加载-高温变形同步测试系统,实现了极端环境下宏微观变形场的高精度测试。进一步建立了基于应变差异的单层/多层涂层弹性模量测试模型、残余应力反演模型和多尺度DIC-预拉伸测试技术,获得了涂层弹性模量、应力演化规律和界面粘接性能。此外,基于裂尖变形场,提出了裂纹张开率(COR)新参数和基于COR的裂纹闭合效应表征新方法,阐明了考虑闭合效应的高温疲劳裂纹扩展等服役损伤行为。结果表明,所发展的光测力学方法、技术和系统可较好满足服役环境下的测试需求,所获得的膜基结构力学参量和高温疲劳裂纹扩展模型等可为热障涂层相关研究工作提供有益参考,具有重要科学意义。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Orthogonal sampling moire method and its application in microscale deformation field measurement
正交采样莫尔法及其在微尺度变形场测量中的应用
  • DOI:
    10.1016/j.optlaseng.2021.106811
  • 发表时间:
    2021-09-27
  • 期刊:
    OPTICS AND LASERS IN ENGINEERING
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Chen, R.;Zhang, Q.;Xie, H. M.
  • 通讯作者:
    Xie, H. M.
A novel parameter to evaluate fatigue crack closure: Crack opening ratio
评估疲劳裂纹闭合的新参数:裂纹张开比
  • DOI:
    10.1016/j.ijfatigue.2020.105859
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
    International Journal of Fatigue
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Duan Qiyuan;Li Jiaqiang;Li Yangyang;Yin Yuanjie;Xie Huimin;He Wei
  • 通讯作者:
    He Wei
Elastic property characterization of soft substrate-supported thin films using multiscale digital image correlation
使用多尺度数字图像相关性表征软基底支撑薄膜的弹性特性
  • DOI:
    10.1016/j.optlaseng.2019.03.003
  • 发表时间:
    2019-10-01
  • 期刊:
    OPTICS AND LASERS IN ENGINEERING
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    He, Wei;Duan, Qiyuan;Xie, Huimin
  • 通讯作者:
    Xie, Huimin
Elastic property determination of nanostructured W/Cu multilayer films on a flexible substrate
柔性基底上纳米结构 W/Cu 多层薄膜的弹性测定
  • DOI:
    10.1007/s10409-019-00885-8
  • 发表时间:
    2019-05
  • 期刊:
    Acta Mechanica Sinica
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    He Wei;Han Meidong;Wang Shibin;Goudeau Philippe;Le Bourhis Eric;Renault Pierre Olivier
  • 通讯作者:
    Renault Pierre Olivier
High-temperature fatigue crack propagation study of superalloy GH4169 by single-lens 3D digital image correlation
单镜3D数字图像相关研究高温合金GH4169高温疲劳裂纹扩展
  • DOI:
    10.1007/s11431-019-9525-3
  • 发表时间:
    2020-04
  • 期刊:
    Science China Technological Sciences
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yin Yuanjie;He Wei;Xie Huimin;Wu Lifu
  • 通讯作者:
    Wu Lifu

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其他文献

分布式嵌入式系统软硬件协同仿真平台
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何巍;贺飞;顾明
  • 通讯作者:
    顾明
美国疾病预防控制中心(Centers for Diseases Control and Prevention,CDC):美国流感季节到来
美国疾病控制与预防中心 (CDC):Bikoku 式轰动季节的开始
  • DOI:
    10.4135/9781452240121.n54
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    Research Quarterly for Exercise and Sport
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    何巍
  • 通讯作者:
    何巍
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  • DOI:
    10.13336/j.1003-6520.hve.20180131034
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘兴发;唐雨萌;海景雯;何巍;陈琛;张业茂;万保权;曲敏;唐利军
  • 通讯作者:
    唐利军
浮空器蒙皮膜复合材料单轴拉伸力学性能及弹性常数
  • DOI:
    10.13801/j.cnki.fhclxb.20160328.011
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何世赞;陈务军;高成军;李纯;江梦;何巍
  • 通讯作者:
    何巍
地-月低能耗转移轨道中途修正问题研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    航天控制
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐世杰;何巍
  • 通讯作者:
    何巍

其他文献

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何巍的其他基金

增材制造合金疲劳行为的X射线CT-3D DIC协同表征技术研究
  • 批准号:
    12272131
  • 批准年份:
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  • 资助金额:
    56 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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