高温环境下材料及结构的层裂及热防护研究

层裂是高温环境下材料及结构的主要失效模式之一。层裂为表层材料或涂层在热失配压应力作用下界面裂纹在剪切主导下的接触扩展问题。本项目主要针对近空间飞行器所涉及的高温环境，从理论建模、模拟实验和计算角度系统地研究材料及结构的层裂问题和电子器件的热防护问题。首先，建立表层（隔热保护层）/基体体系的高温力学响应模型，通过求解高温热传导方程，获得隔热层温度场分布，进而获得表层材料的主体压应力。其次，通过热-力等效及系统的实验研究（以试样表层材料预压力幅值大小模拟实际情况的热失配），观测微裂纹形核、演化导致层裂的基本规律，建立层裂的跨尺度表征理论和方法，并基于该理论及考虑表层材料中的主体压应力分布特征，通过大规模的计算机仿真模拟，系统地研究裂纹面的接触摩擦效应及对层裂扩展的影响规律。最后，系统地研究热冲击下电子电路或器件的热防护问题。通过本项目的开展，试图为隔热保护层/基体体系的优化设计提供理论依据。