發(fā)布時(shí)間：2017-10-26 08:07

  本文關(guān)鍵詞：界面形貌以及TGO厚度對熱障涂層失效機(jī)理的影響研究

  更多相關(guān)文章： 熱障涂層 應(yīng)力分布 裂紋 厚度 幅值

【摘要】：本文采用有限元方法,研究了等離子噴涂熱障涂層冷卻至室溫后界面形貌以及TGO的存在對殘余應(yīng)力場的影響;以內(nèi)聚力單元模擬TBC/BC界面,得到了熱-力耦合作用下界面裂紋萌生和擴(kuò)展的規(guī)律。主要的工作總結(jié)如下:1.建立了含基底和不含基底的兩種有限元模型,研究了基底的存在對熱障涂層殘余應(yīng)力分布的影響,結(jié)果表明:與不含基底時(shí)的結(jié)果相比,含基底時(shí)相應(yīng)波峰處的應(yīng)力值有所增大,并且增大的幅度隨著界面幅值增加而增大,但是應(yīng)力的變化值與該處的應(yīng)力值相比可以忽略。為減小計(jì)算量,在后續(xù)研究中可以不考慮基底。2.研究了界面粗糙度對熱障涂層界面殘余應(yīng)力分布的影響,采用一條幅值不斷增大的曲線來模擬界面形貌。結(jié)果表明,界面粗糙度對界面殘余應(yīng)力的分布有顯著的影響,粗糙度越大,陶瓷層和結(jié)合層靠近界面的波峰、波谷處水平方向和垂直方向的最大拉/壓應(yīng)力也越大。3.使用內(nèi)聚力單元模擬TBC/BC界面,并在TBC表面施加位移載荷,研究了界面處損傷以及裂紋的萌生和擴(kuò)展規(guī)律。結(jié)果表明:在較小位移載荷作用下,只是有損傷出現(xiàn),同時(shí)可注意到,波谷處損傷為零,且隨著幅值的增大,波峰處的損傷逐漸增大。裂紋最先出現(xiàn)的位置并不是整個(gè)界面中殘余應(yīng)力最大的部分,而是最小振幅下拉應(yīng)力和壓應(yīng)力最大的部位,說明粗糙度對界面破壞的影響是相當(dāng)復(fù)雜的。4.在界面粗糙度相同的情況下,研究了不同界面形貌對熱障涂層系統(tǒng)殘余應(yīng)力及界面斷裂的影響。結(jié)果表明,隨著幅值的變化,同一界面形貌下的水平方向垂直方向的殘余應(yīng)力發(fā)生著規(guī)律性的變化:隨著幅值的增大而增大,隨著幅值的減小而減小;但是對于不同界面形貌下相同幅值處的水平殘余應(yīng)力值是存在著差異的,這與界面形貌有著很大的關(guān)系。幅值不斷增大的界面形貌完全斷裂所需的載荷最大,抵抗斷裂的能力最強(qiáng),而以標(biāo)準(zhǔn)正弦曲線為界面形貌的模型完全斷裂所需的位移載荷值最小,故抗斷裂能力最弱。5.分BC層為完全彈性和考慮塑性變形兩種情況,研究了TGO以及界面幅值對殘余應(yīng)力的影響,結(jié)果表明,是否考慮BC層的塑性變形對界面處殘余應(yīng)力的分布規(guī)律影響很小,只是數(shù)值上考慮塑性變形時(shí)要比不考慮塑性變形時(shí)小;TGO厚度、TGO層以及界面幅值對界面處殘余應(yīng)力的分布有顯著的影響,隨著TGO厚度的增大,殘余應(yīng)力值也相應(yīng)增大,并且隨著幅值的增大而增大;BC層界面最大拉應(yīng)力與TGO厚度成線性增長關(guān)系,而TBC層則相反;BC層中的最大拉應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于TBC層中的最大拉應(yīng)力,這也是熱障涂層在BC/TGO界面失效的主要原因。另一方面,無論是在TBC層,還是在BC層中,最大拉應(yīng)力與幅值均為線性增長關(guān)系;左右兩邊的幅值情況對TGO層中殘余應(yīng)力分布的擾動(dòng)現(xiàn)象與TGO的厚度和幅值有很大的關(guān)系,隨著這兩個(gè)參數(shù)值的增大,擾動(dòng)明顯增強(qiáng)。
【關(guān)鍵詞】：熱障涂層 應(yīng)力分布 裂紋 厚度 幅值
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V231
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 選題背景9-11
• 1.2 熱障涂層結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)11-12
• 1.3 熱障涂層應(yīng)用現(xiàn)狀與問題12-13
• 1.4 熱障涂層破壞機(jī)制13-15
• 1.5 熱障涂層研究現(xiàn)狀與問題15-17
• 1.6 本文的基本思路與主要工作17-19
• 第二章 基底對涂層界面殘余應(yīng)力分布的影響研究19-27
• 2.1 引言19
• 2.2 有限元模型建立和網(wǎng)格劃分19-23
• 2.3 有限元分析結(jié)果與討論23-25
• 2.4 結(jié)論25-27
• 第三章 界面粗糙度對熱障涂層殘余應(yīng)力和裂紋演化的影響27-41
• 3.1 引言27-28
• 3.2 內(nèi)聚力理論與內(nèi)聚力單元28-32
• 3.3 有限元建模過程32-34
• 3.4 有限元分析結(jié)果和討論34-38
• 3.4.1 粗糙度對熱載荷作用下殘余應(yīng)力分布的影響34-37
• 3.4.2 粗糙度對裂紋形核與擴(kuò)展的影響37-38
• 3.5 結(jié)論38-41
• 第四章 界面形貌對熱障涂層殘余應(yīng)力分布的影響41-49
• 4.1 引言41-42
• 4.2 有限元建模42-43
• 4.3 有限元分析結(jié)果和討論43-47
• 4.3.1 幅值相同情況下不同的界面形貌對涂層失效影響43-44
• 4.3.2 界面形貌相同幅值不同情況下涂層失效研究44-45
• 4.3.3 不同幅值不同界面形貌涂層失效研究45-46
• 4.3.4 界面形貌優(yōu)越性對比46-47
• 4.4 結(jié)論47-49
• 第五章 氧化層厚度以及界面幅值對殘余應(yīng)力分布的影響49-61
• 5.1 引言49-50
• 5.2 有限元建模50
• 5.3 有限元分析結(jié)果和討論50-60
• 5.3.1 氧化層厚度對熱障涂層殘余應(yīng)力分布的影響分析50-54
• 5.3.2 界面幅值對熱障涂層殘余應(yīng)力分布的影響54-57
• 5.3.3 界面形貌對熱障涂層系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響57-60
• 5.4 結(jié)論60-61
• 第六章 全文總結(jié)與展望61-65
• 6.1 本文的主要研究內(nèi)容總結(jié)61-62
• 6.2 本文方法的優(yōu)點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)62
• 6.3 進(jìn)一步研究展望62-65
• 參考文獻(xiàn)65-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間撰寫的論文71-72
• 致謝72-73

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉志;周洪;;熱障涂層研究進(jìn)展[J];河海大學(xué)常州分校學(xué)報(bào);2006年03期

2 陳炳貽;柴油機(jī)用熱障涂層[J];車用發(fā)動(dòng)機(jī);1993年03期

3 范兵,張津,易樹平;熱障涂層及其熱應(yīng)力的研究現(xiàn)狀[J];重慶工學(xué)院學(xué)報(bào);2003年04期

4 徐惠彬,宮聲凱,陳立強(qiáng),張春霞;熱、力耦合作用下熱障涂層的失效機(jī)制[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2004年10期

5 席軍;段祝平;;熱障涂層在機(jī)械載荷與激光聯(lián)合作用下的變形與破壞研究[J];機(jī)械強(qiáng)度;2006年01期

6 張惠芳;王全勝;呂廣庶;;熱障涂層成分結(jié)構(gòu)工藝的改進(jìn)[J];新技術(shù)新工藝;2006年11期

7 齊紅宇;王亞梅;楊曉光;石多奇;周立柱;;等離子工藝熱障涂層的熱疲勞分析[J];失效分析與預(yù)防;2008年01期

8 劉海浪;王寶健;劉永丹;閆豐;;熱障涂層的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J];新技術(shù)新工藝;2008年05期

9 徐穎強(qiáng);汪震隆;李劍鋒;;含抗氧化夾層熱障涂層界面應(yīng)力特性的研究[J];機(jī)械強(qiáng)度;2009年04期

10 林富華;徐穎強(qiáng);靳少杰;;熱障涂層粗糙表面彈塑性接觸應(yīng)力分析[J];中國機(jī)械工程;2010年19期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李偉信;張躍;;熱障涂層壽命的計(jì)算機(jī)優(yōu)化方法[A];第五屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集Ⅲ[C];2004年

2 代輝;李佳艷;曹學(xué)強(qiáng);;熱障涂層新材料[A];2004年中國材料研討會(huì)論文摘要集[C];2004年

3 張偉旭;范學(xué)領(lǐng);王鐵軍;;熱障涂層強(qiáng)度機(jī)理研究現(xiàn)狀及展望[A];第十五屆中國科協(xié)年會(huì)第7分會(huì)場：先進(jìn)能源開發(fā)裝置中的關(guān)鍵力學(xué)問題研討會(huì)論文集[C];2013年

4 馮雪;;熱障涂層的動(dòng)靜態(tài)熱力耦合響應(yīng)[A];中國力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2009論文摘要集[C];2009年

5 劉奇星;蔣俊平;毛衛(wèi)國;楊麗;周益春;;熱循環(huán)條件下渦輪葉片熱障涂層系統(tǒng)的有限元模擬[A];中國力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2009論文摘要集[C];2009年

6 周益春;橋田俊之;段祝平;;熱障涂層的熱-力耦合破壞機(jī)制[A];“力學(xué)2000”學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2000年

7 唐達(dá)培;高慶;江曉禹;;金屬/陶瓷梯度熱障涂層[A];第五屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集Ⅲ[C];2004年

8 徐惠彬;宮聲凱;張春霞;冀曉鵑;陳立強(qiáng);韓小平;;熱障涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與服役環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)研究[A];2004年中國材料研討會(huì)論文摘要集[C];2004年

9 周益春;鄒金龍;;熱障涂層系統(tǒng)的氧化擴(kuò)散-動(dòng)力學(xué)模型[A];科技、工程與經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展——中國科協(xié)第五屆青年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2004年

10 宋波;劉喜華;張梅;王福明;;La_2O_3-CeO_2-ZrO_2熱障涂層材料研究[A];2004年全國冶金物理化學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議專輯[C];2004年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 于洋;陶瓷熱障涂層研究獲進(jìn)展[N];中國化工報(bào);2014年

2 馬寬新;西航熱障涂層工藝取得重大突破[N];中國航空報(bào);2009年

3 記者 沈謙　通訊員 馬寬新;西航開發(fā)熱障涂層工藝 年節(jié)約成本300萬元[N];陜西日報(bào);2009年

4 于洋 張兆軍;我“熱障涂層的設(shè)計(jì)和失效機(jī)理研究”獲重要進(jìn)展[N];科技日報(bào);2014年

5 李思閩　整理;自強(qiáng)立國 創(chuàng)新利民[N];中國航空報(bào);2011年

6 長春;可控溫?zé)嵴贤繉幼詣?dòng)熱循環(huán)儀問世[N];中國礦業(yè)報(bào);2004年

7 張凌 董芝會(huì);自主研發(fā)闖新路[N];中國航空報(bào);2006年

8 王迅;鋯鉿應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展[N];中國有色金屬報(bào);2007年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 蔡杰;強(qiáng)流脈沖電子束作用下熱障涂層熱生長氧化物生長行為與應(yīng)力狀態(tài)[D];江蘇大學(xué);2015年

2 鐘穎虹;燃?xì)廨啓C(jī)透平葉片熱障涂層的研究[D];機(jī)械科學(xué)研究總院;2015年

3 杜仲;界面氧化對等離子噴涂熱障涂層失效行為的影響研究[D];北京理工大學(xué);2015年

4 陸浩然;磁鐵鉛礦型LnMeAl_(11)O_(19)熱障涂層材料的合成及性能研究[D];清華大學(xué);2015年

5 鄧舜杰;陰極等離子電解沉積彌散Pt顆粒增韌8YSZ、La_2Zr_2O_7熱障涂層的研究[D];北京科技大學(xué);2016年

6 王t，

本文編號：1097765