声发射实时检测热障涂层失效过程的实验与理论研究

复杂的结构、复杂的界面耦合机制以及复杂多样的失效形式，使得热障涂层材料的失效行为分析非常困难，如能对其失效过程进行实时检测，将为其失效机制的正确理解和寿命的准确预测提供直接的依据和指导。本申请项目以解决热障涂层"什么时候、什么位置、发生什么形式的失效以及失效的程度是多少"这一关键问题为目标，通过改进声发射信号的处理技术，结合实验观察，确立热障涂层失效模式与声发射信号频谱特征参数之间的关联，采用有限元模拟以及波动力学理论分析，确定声发射信号频谱的色散特征，对声发射信号特征参数与失效模式之间的关联给予理论指导和验证，从而建立失效模式识别的理论模型。在此基础上，结合传统的声发射信号分析方法，发展声发射失效定量与定位的方法，实现热障涂层失效的定性、定量与定位分析，并形成较为科学的声发射实时检测方法。

复杂的结构、复杂的界面耦合机制以及复杂多样的失效形式，使得热障涂层材料的失效行为分析非常困难，如能对其失效过程进行实时检测，将为其失效机制的正确理解和寿命的准确预测提供直接的依据和指导。因此，我们发展了高温热循环载荷作用下热障涂层裂纹形成与扩展的声发射检测技术，实现了不同服役温度下热障涂层失效过程的声发射信号检测。更重要的是，我们发现声发射信号的频率特征与裂纹模式有直接的关联，并结合波动力学从层状结构体系的色散效应以及声发射源信号的反演分析两个方面对这一关联给予了理论解释和验证。在此基础上，发展了声发射信号的小波分析方法和神经网络自动识别技术，实现了热障涂层表面裂纹、界面裂纹、基底变形的智能识别，结合局部力学模型，实现了热障涂层高温热疲劳失效时裂纹的定性(模式识别)、定量(裂纹密度、长度)分析，并结合统计模型实现了热障涂层临界破坏时间的预测。至此，提供了一种有可能实现热障涂层失效实时检测与寿命预测的声发射方法。项目所取得的成果在国际著名出版社美国CRC出版社出版专著1部(排名第二)，在工程领域顶级学术刊物Acta Mater.，Surf. Coat. Technol.等期刊上发表论文11篇，在世界力学家大会等学术会议上做了口头报告并且发表学术论文1篇；申请国际发明专利1项，国家发明专利10项。组织国际、国内学术会议3次，参加国际、国内学术会议9次。同时，申请人被评为湘潭大学首批副教授破格评选的博士生导师、湘潭大学首批聘定的青年拔尖人才与一级副教授。培养博士后1名；培养博士研究生1名，协助指导博士研究生2名(1人已毕业)；培养硕士研究生14人(2人已毕业)，其中，指导的硕士研究生钟志春于2012年获得第一届全国硕士研究生国家奖学金。