This paper presents a comprehensive study on determining the interface adhesive strength of the polymer coating/substrate system to improve its durability. Interfacial stress intensity factors based on the crack tip opening displacement (CTOD) method were theoretically analysed and verified by the finite element simulation. Thereafter, an experimental setup was established with the micro-scale digital image correlation (DIC) method to measure the CTODs and the designed loading fixture for multi-angle loading. The apparent specimen rotation and out-of-plane displacement were significantly restrained in the test, and the measured displacement accuracy of the micro-scale DIC method was approximately 1/10 of the minimum CTOD value. Mixed-mode stress intensity factors and an interfacial failure criterion curve in terms of stress intensity factors were obtained. Furthermore, the test method was applied to evaluate the interfacial fracture toughness of nanoparticle-reinforced epoxy coatings. The experimental results demonstrate that determining the stress intensity factors on the interface of the polymer coating/substrate system based on the CTODs is an effective and reliable approach.

A sequential model of multiple-shot impacts has been established to investigate the shot peening process. Shot groups are proposed and designed with different patterns to obtain full surface coverage in the impacted region and a satisfactory computational efficiency. The sequential model was applied for the prediction of residual stress on a GH4169 alloy specimen. The results showed that uniform and saturated states of residual stress along the surface and depth profile were obtained in the impacted region when the numerical order of shot patterns reached 4. Furthermore, the numerical results of compressive residual stress in the subsurface were compared with the experimental results obtained using the X-ray diffraction (XRD) analysis and the incremental hole drilling method. The maximum relative error between the numerical results and XRD measurement was 11.6%. Furthermore, the stress profile measured using the incremental hole drilling method was consistent with the numerical results. The established finite element model demonstrated its robustness and effectiveness for the evaluation of residual stress in the shot-peened GH4169 alloy, and it may be applied to other metallic materials with simple modifications.