国家自然科学基金机械工程学科2020年度优秀结题项目（四）
项目负责人：钟舜聪
Email：sczhong@fzu.edu.cn
项目执行期：2017年1月-2020年12月
依托单位：福州大学
项目批准号：51675103
项目简介：
本项目以航空发动机涡轮叶片热障涂层早期的高精度健康诊断为目标，围绕涂层失效机理、太赫兹波传播和检测、早期TGO和微小缺陷特征提取等方面的问题，提出采用内聚力单元和扩展有限元方法研究热障涂层TGO界面开裂与陶瓷涂层和氧化层内随机裂纹的萌生与扩展失效过程，构建了太赫兹波在热障涂层的传播特性模型，研究萌生之初的TGO和早期微小缺陷高灵敏度特征提取算法以对热障涂层的健康状况进行及时诊断。通过提高太赫兹检测深度、精度和速度，提出了热氧化层TGO生长和微缺陷演化过程的太赫兹无损检测和定量评价方法，为高温氧化和热冲击下的TGO生长、缺陷形成及其演化规律提供了新的工具和方法；综合了SEM和太赫兹等多种方法提高热障涂层无损检测可靠性。
主要研究进展及创新点：
本项目面向航空发动机涡轮叶片热障涂层高精度检测的工程应用需求，从失效理论、检测与评价系统和方法、高温氧化和热冲击实验研究等方面取得了研究进展，主要创新如下：
1)就涂层失效和太赫兹传播模型而言，提出采用内聚力单元与扩展有限元法分析了热氧化层厚度、粗糙度以及陶瓷层初始裂纹对氧化层和陶瓷层界面裂纹、陶瓷层内裂纹和氧化层内裂纹形核位置与扩展的影响；建立了太赫兹在热障涂层系统的FDTD传播模型，具有创新性。
2)就太赫兹系统性能而言, 提出了一种基于金属阵列等离子体共振增强的太赫兹光电导天线，解决太赫兹输出功率较低的问题。提出了基于平稳小波变换和神经网络的SWT-BP神经网络算法攻克多层薄膜结构的高精度检测难题，在基本原理与实现方法方面具有新意。
3)就热障涂层无损检测和定量评价而言，建立热氧化层生长、缺陷形成机理及其演化规律的太赫兹评价新方法，揭示不同缺陷在高温氧化以及热冲击条件下对热障涂层性能的影响。本项目对科学评价和高效利用热障涂层提供了新途径，对开发新型热障涂层及其寿命预测等具有科学价值和指导作用。
项目取得的主要研究成果：
项目执行期间，发表34篇论文(29篇SCI，ESI高被引1篇)和1本英文专著；申请专利27项(美英专利各1项)和8项软著；参与制定国际、国家和地方标准各1项；指导博士后2名、博士生6名(中国机械工程学会上银优秀机械博士论文奖、互联网+大赛全国银奖、省互联网+金奖各1项)、硕士生20名(挑战杯全国二等奖、省特等奖各1项)，获卢嘉锡优秀导师奖。成果获省部级科技奖4项(排第1的一等奖和二等奖各1项)；入选百千万人才工程国家级人选、国家有突出贡献中青年专家；当选IET Fellow和ISCM Fellow。
团队介绍：
项目负责人钟舜聪是福州大学精密仪器与智能测控研究所负责人，2007年获得英国曼彻斯特大学博士学位，曾在英国帝国理工、利物浦大学、斯特拉斯克莱德大学、上海交通大学和深圳迈瑞生物医疗电子从事研究、教学和产品研发工作。现为福州大学机械工程及自动化学院院长、福州大学人事处处长、“嘉锡学者”特聘教授、博导、国家百千万人才工程国家级人选、国家有突出贡献中青年专家、英国工程技术学会会士（IET Fellow）、国际状态监测学会会士（ISCM Fellow）福建省高层次引进创业创新人才、福建省杰出青年基金获得者、校学术委员会委员，担任福建省机械工程学会无损检测分会理事长、福建省机械工程学会副理事长、福建省力学学会副理事长、中国振动工程学会故障诊断专委会理事、中国机械工程学会无损检测分会委员等；在Angewandte (IF=15.336)、Nanophotonics(IF=8.449)、IEEE Trans.、ASME Trans.等已发表200余篇（其中SCI收录近80篇，ESI高被引论文多篇）和3部英文专著/章节，获得57项授权中国专利、1项授权美国专利、1项授权英国专利、6项国际PCT和13项软件著作权；制定国际标准、国家标准、地方标准和团体标准各1项；获得省部级科技奖4项（其中一等奖1项，排名第一）。曾获卢嘉锡优秀导师奖、“上银优秀机械博士论文奖”指导教师等。
研究所长期致力于智能传感与诊断、光学和太赫兹仪器、无损检测和定量评价等方面的研究，目前有25名在编研究人员和15名客座研究人员组成国际化创新团队，具有海外留学背景的固定人员有19名（其中8名在国外知名院校获得博士学位）。其中，国家百千万人才1人，省百人计划2人、福建省闽江学者特聘教授3人、福建省杰出青年科学基金获得者2人、国际学会会士3人次、中国工程院院士1人（客座）、国家杰青4人（客座）、长江学者特聘教授2人（客座）。
编辑：谢雅洁 校对：向映姣
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