本申请公开了一种分析涂层残余应力的方法及装置。假设涂层存在热膨胀产生的残余应力，建立有限元分析模型，使有限元分析模型处理结果接近试样的实际变形轮廓数据，获取与所述残余应力对应的热膨胀系数，再建立实际厚度模型，代入热膨胀系数，计算涂层界面残余应力。基于有限元分析模型和热膨胀假设，使结果清晰、准确，且操作方便无需射线，在降低成本的同时实现了涂层界面残余应力的高精度分析。时实现了涂层界面残余应力的高精度分析。时实现了涂层界面残余应力的高精度分析。
【技术实现步骤摘要】
一种分析涂层残余应力的方法及装置
[0001]本申请涉及涂层材料
，特别涉及一种分析涂层残余应力的方法及装置。
技术介绍
[0002]一些复合材料因具有硬度高、耐磨、耐腐性好的特点，而被广泛应用，常见的复合材料往往作为耐磨涂层在冶金、航空等领域应用。在复合材料涂层制备过程中，基体热膨胀系数的差异会导致冷却后涂层界面产生残余应力，而残余应力对涂层的拉伸性能和疲劳性能会产生很大的影响，故在实验中需要精确分析复合材料涂层的残余应力。
[0003]现有技术中，目前有多种分析残余应力的方法，例如X射线衍射法、中子衍射法、化学腐蚀法等。其中，X射线衍射法只能测量材料表面基体中的应力，并不完全等同于涂层界面残余应力，中子衍射法测量准确但成本较高，化学腐蚀法则需利用显微镜的聚焦距离测量长度，误差较大。因此，如何高精度、低成本的分析涂层界面残余应力成为了亟需解决的问题。
技术实现思路
[0004]基于上述问题，本申请提供了一种分析涂层残余应力的方法及装置，以高精度、低成本的分析涂层界面残余应力。
[0005]本申请公开了一种分析涂层残余应力的方法，所述方法包括：
[0006]基于上述一种分析涂层残余应力的方法，本申请还公开了一种分析涂层残余应力的装置，包括：
[0007]本申请公开了一种分析涂层残余应力的方法及装置。假设涂层存在热膨胀产生的残余应力，建立有限元分析模型，使有限元分析模型处理结果接近试样的实际变形轮廓数据，获取与所述残余应力对应的热膨胀系数，再建立实际厚度模型，代入热膨胀系数，计算涂层界面残余应力。基于有限元分析模型和热膨胀假设，使结果清晰、准确，且操作方便无需射线，在降低成本的同时实现了涂层界面残余应力的高精度分析。
附图说明
[0008]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0009]图1为本申请实施例公开的一种分析涂层残余应力的方法的流程示意图；
[0010]图2为本申请实施例公开的试样的端面剖视图；
[0011]图3为本申请实施例公开的另一种分析涂层残余应力的方法的流程示意图；
[0012]图4为本申请实施例公开的试样变形轮廓数据图；
[0013]图5为本申请实施例公开的有限元分析模型的几何模型的结构示意图；
[0014]图6为本申请实施例公开的基于有限元的轮廓数据图；
[0015]图7为本申请实施例公开的截面处涂层的残余应力结构示意图；
[0016]图8为本申请实施例公开的截面处基体的残余应力结构示意图；
[0017]图9为本申请实施例公开的一种分析涂层残余应力的装置的结构示意图。
具体实施方式
[0018]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0019]实施例一：本申请公开了一种分析涂层残余应力的方法。
[0020]具体的，请参阅图1，本实施例公开的一种分析涂层残余应力的方法包括以下步骤：
[0021]步骤101：获取试样表面的变形轮廓数据。
[0022]图2为本申请实施例公开的试样的端面剖视图，所述试样的结构如图2所示：包括基体和基体表面所覆盖的涂层。在本实施例所述方法中，首先基于带涂层构件获取试样，所述带涂层构件存在残余应力，所述试样可以根据实际操作需求预设体积。作为一种可选的方法，所述带涂层构件可以为直升机导筒，所述基体可以为铝合金材质的构件，所述涂层的材质可以为碳化钨。其中，作为一种可选的方法，为减少对基体和涂层的影响，可以选择慢走丝线切割的方法进行取样。为预防试样在完成切割前变形，切割策略可以为先进行长度和宽度切割，最后进行厚度切割。
[0023]在本实施例所述方法中，为一种可选的方法，用激光共聚焦显微镜测量所述试样表面的变形情况，获取变形轮廓数据。其中，测量时可以控制Z轴步径尽量小，以保证测量数据的精度。
[0024]在本实施例所述方法中，为一种可选的方法，将变形轮廓数据的中部数据作为零点，将两端数据进行归一化处理，构建所述变形轮廓数据曲线，得到试样两端的变形最大值和轮廓变形规律。在本实施例所述方法中，所述相关系数为所述变形轮廓数据与所述变形轮廓数据曲线的吻合程度，即仅表示曲线与原始数据的接近程度，故在此不做过多介绍。
[0025]步骤102：建立有限元分析模型，使所述有限元分析模型的处理结果拟合所述变形轮廓数据。
[0026]因为目前测量涂层弹性模量和泊松比的方法繁杂、不成熟，且涂层的弹性模量值和泊松比值与涂层的成分有很大关系，故在本实施例所述方法中，作为一种可选的方法，采用假设值作为计算基础，设置涂层弹性模量假设值、涂层泊松比假设值和基体弹性模量假设值、基体泊松比假设值。
[0027]在本实施例所述方法中，可以建立有限元分析模型，将涂层弹性模量假设值、涂层泊松比假设值赋予涂层，将基体弹性模量假设值、基体泊松比假设值赋予基体。先检查模型的设施是否正确，再将所述涂层划分为多层，每一层厚度均为预设厚度。
[0028]在本实施例所述方法中，对所述涂层赋予一组热膨胀系数假设值。其中，所述热膨胀系数的个数与所述涂层的层数相同，即所述涂层的每一层都被赋予一个热膨胀系数假设
值。通过迭代调整每一层的热膨胀系数假设值，使经过有限元分析模型处理得到的轮廓数据与所述变形轮廓数据一致。
[0029]步骤103：通过所述有限元分析模型获得所述涂层的热膨胀系数。
[0030]在本实施例所述方法中，经过有限元分析模型处理得到的轮廓数据与试样的变形轮廓数据一致的情况下，可以基于ANSYS Workbench软件得到当前的热膨胀系数，所述热膨胀系数与试样中涂层的热膨胀系数高度吻合，因此计算出当前的得到的热膨胀系数即为所述涂层的热膨胀系数。
[0031]步骤104：将所述热膨胀系数代入所述试样的实际厚度模型，获得所述涂层的残余应力。
[0032]在本实施例所述方法中，作为一种可选的方法，可以基于所述试样的实际情况建立实际厚度模型，并代入迭代计算得到的涂层热膨胀系数，获得所述涂层的残余应力。
[0033]本实施例所述方法建立有限元分析模型，假设热膨胀系数使模型发生变形，且使变形数据贴近实际存在残余应力的试样的变形轮廓数据，以此获得与试样相同的热膨胀系数。再建立实际厚度模型，代入获得的热膨胀系数以计算涂层界面残余应力。本实施例所述方法基于有限元分析模型和热膨胀假设，使建模结果贴近实际试样，以计算得到和试样相同的热膨胀系数，从而得到与试样相同的涂层本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种分析涂层残余应力的方法，其特征在于，包括：获取试样表面的变形轮廓数据；所述试样包括基体和基体表面所覆盖的涂层；建立有限元分析模型，使所述有限元分析模型的处理结果拟合所述变形轮廓数据；通过所述有限元分析模型获得所述涂层的热膨胀系数；将所述热膨胀系数代入所述试样的实际厚度模型，获得所述涂层的残余应力。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立有限元分析模型，使所述有限元分析模型的处理结果拟合所述变形轮廓数据，包括：基于涂层弹性模量预设值、涂层泊松比预设值、基体弹性模量预设值和基体泊松比预设值建立所述有限元分析模型；将所述涂层等分为预设厚度的多层；将一组热膨胀系数假设值分别赋予所述涂层的每一层；通过迭代调整所述一组热膨胀系数假设值，使所述有限元分析模型的处理结果的轮廓数据与所述变形轮廓数据一致。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过所述有限元分析模型获得所述涂层的热膨胀系数，包括：获取与所述变形轮廓数据一致的所述有限元分析模型的处理结果的轮廓数据；基于所述轮廓数据迭代计算得到热膨胀系数。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取试样表面的变形轮廓数据，包括：将所述变形轮廓数据的中部数据作为零点，将两端数据进行归一化处理，构建所述变形轮廓数据曲线，得到试样两端的变形最大值和轮廓变形规律。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的方法，其特征在于，在所述获取试样表面的变形轮廓数据前，所述方法还包括：基于存在残余应力的带涂层构件获取预设体积的试样。6.一种分析涂层残余应力的装置，其特征在于，包括：变形轮廓数据获取单元、有限元分析模型建立单元、热膨胀系数获取单元和残...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘春江，陈贺贺，姜涛，刘昌奎，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：
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