热冲击及热失配下界面层裂的跨尺度表征及热-力等效实验研究

项目名称： 热冲击及热失配下界面层裂的跨尺度表征及热-力等效实验研究

项目编号： No.91216108

项目类型： 重大研究计划

立项/批准年度： 2013

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 魏悦广

作者单位： 中国科学院力学研究所

项目金额： 80万元

中文摘要： 层裂是热冲击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，层裂过程为一跨尺度力学破坏机制。本项目主要针对未来近空间飞行器所涉及的热冲击环境以及它对抗热冲击和轻质等方面的要求，从跨尺度力学表征、热-力等效试验和计算模拟等角度系统地研究复合材料结构体系（作为未来近空间飞行器设计的备选材料结构）的界面层裂问题。首先通过热-力等效及系统的试验研究（由粘接薄板拉剪试验模拟均匀温度热失配；由撕裂试验模拟梯度温度热失配（热冲击）），观测微裂纹形核、演化导致层裂的基本规律，建立跨尺度力学理论参数间的关系。其次从前期建立的跨尺度理论模型出发刻划受热冲击作用外表隔热层与基体层间界面的层裂机制。最后，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。通过本项目研究，为进一步优化耐热冲击复合材料结构体系提供理论依据。

中文关键词： 热冲击；热失配；跨尺度力学行为；实验研究；计算模拟

英文摘要： Delamination is a main failure mode of material or structure under the thermal shock and thermal mismatch. Delamination is the contact propagation of an interfacial crack with shear-dominating for surface layer or coating layer under compression due to thermal mismatch. In the project, mechanism of the interfacial delamination of composite structure systems will be investigated with regard to the probable thermal shock environment and the requirements for withstanding the thermal shock and for light material in weight, etc. The studies will be based on the trans-scale mechanics characterization, the heat-force equivalent experiments, as well as the numerical simulation. The composite structure system probably adopted will be taken as a reservation one for near-space aircrafts in the near future. Firstly, through heat-force equivalence and systematical experiments, the delamination fundamental law led to by the microcrack nucleation and evolution will be observed and measured, and a relationship among trans-scale theoretical parameters will be developed. In the experimental researches, the thermal mismatch for uniform temperature distribution case will be modeled by using the tension-shear test method, and the thermal shock for gradient temperature distribution case will be modeled by using the peeling test metho

英文关键词： Thermal shock；thermal mismatch；trans-scale mechanics behavior；experimental research；computational simulation