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膜-基界面结合性能是影响膜-基系统质量的首要指标和发挥其性能的基本条件,寻求直接定量测定膜,基界面结合性能的新技术是各国同行致力解决的世界性难题。激光冲击离散划痕检测技术结合了机械划痕法、激光层裂法和热效应激光划痕法的优势,是作者所在课题组提出的一种利用短脉冲激光的冲击波效应检测膜-基界面结合强度的新方法。其划痕过程中膜-基系统应力应变动静态响应特性和界面失效机理是该技术亟需解决的核心关键问题。
本文针对膜-基系统应力应变动静态响应特性问题,以2024铝合金基体+粘结剂+304不锈钢箔涂层膜-基系统为研究对象,构建膜-基系统理论模型,运用PVDF贴片传感器技术和X射线衍射技术开展了激光离散划痕膜-基系统应力应变特性的研究。论文的主要工作如下:
首先,开展了脉冲激光诱导材料动态应变检测技术的研究。提出了脉冲激光诱导材料动态应变特性的检测方法,并采用该方法进行了脉冲激光诱导2024铝合金的动态应变检测研究,获得了动态应变曲线,分析了其动态应变特性,验证了该检测方法的可靠性。脉冲激光诱导材料动态应变特性检测方法的核心思想是:将PVDF贴片传感器粘贴在激光冲击区域周围,采用数字示波器采集激光冲击过程中PVDF贴片传感器的压电信号,在此过程中利用光电二级管接收激光作为示波器的触发信号,并将采集到的动态压电信号转化为动态应变信号。
其次,在上述研究的基础上开展了激光离散划痕膜-基系统动态应变的实验研究。研究了激光能量和膜-基界面结合状况对膜-基系统动态应变特性的影响规律。研究表明:激光能量越大,膜-基系统动态响应越剧烈,达到平衡所用的时间越短,得到的最终应变量也越大;脉冲激光作用在双面胶为粘结剂的试样薄膜表面时,得到的膜-基系统最终应变量最大。
最后,开展了激光离散划痕膜-基系统残余应力状态分布规律的实验研究。根据X射线应力检测结果,结合二向应力状态主应力及其方向角的计算公式,对比分析了激光冲击前后膜-基系统和基体表面残余主应力及其方向角的分布状态,结合激光离散划痕膜,基系统动态应变特性的研究,建立了激光冲击波在膜-基系统中传播的理论模型,分析了激光离散划痕膜-基系统的失效形式。研究表明:激光冲击后,膜-基系统和基体表面的残余主应力都呈增大的趋势,并且随着激光能量的增大,主应力增幅也增大,同时主应力增幅与界面结合状况有关;激光冲击前后,光斑中心主应力方向角基本不发生变化;激光离散划痕膜-基系统的失效形式有两种:一种是由于反射拉伸波导致的薄膜的剥落,另一种是由于膜-基系统间的剪切应力导致的薄膜的剪切失效。