本文關(guān)鍵詞：材料參數(shù)、界面孔隙率和粗糙度對熱障涂層內(nèi)應(yīng)力的有限元模擬研究

  更多相關(guān)文章： 熱障涂層 孔隙率 界面粗糙度 有限元方法

【摘要】：隨著現(xiàn)代航空航天的發(fā)展,熱端部件的使用溫度在不斷提高,使用環(huán)境也越加苛刻,金屬的高溫氧化問題成為影響熱端部件壽命的重要因素。高溫氧化是導(dǎo)致熱障涂層失效的主要因素,在服役過程中的熱生長氧化層(TGO)會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,其積累會導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生及擴展。但是目前對上述過程只能從樣品瞬間常溫微觀形貌進行分析,對氧化過程中的內(nèi)應(yīng)力在涂層中的具體變化無法動態(tài)的測量分析。同時由于涂層表面復(fù)雜的界面形貌,內(nèi)應(yīng)力及裂紋的動態(tài)觀測也不現(xiàn)實,所以,需要用大型的專業(yè)有限元軟件進行模擬計算。本論文以大氣等離子制備的熱障涂層為主要研究對象,采用有限元軟件ANSYS Workbench來模擬計算,系統(tǒng)的分析研究了界面粗糙度和孔隙率、孔的大小及分布對熱障涂層殘余應(yīng)力的影響。運用建模軟件UG8.0建立熱障涂層模型,包括粘結(jié)層、熱生長氧化層及陶瓷層。通過改變材料的物性參數(shù)及界面參數(shù)(振幅和波長),來研究二者對應(yīng)力場分布的影響,模擬結(jié)果顯示：通過改變粘結(jié)層、陶瓷層和氧化層的材料參數(shù)(熱膨脹系數(shù)、彈性模量、塑性性能),可以得到各層之間不同的應(yīng)力分布。低的熱膨脹系數(shù)產(chǎn)生的應(yīng)力較大,這就為氧化層與粘結(jié)層界面處拉應(yīng)力的形成提供必要條件,并對裂紋的生長提供了源頭。增加陶瓷層楊氏模量,其材料發(fā)生變形的應(yīng)力也會增加,最后導(dǎo)致剛度的增加。隨著曲率減小,橢圓逐漸變?yōu)楸馄?應(yīng)力值在減小。半橢圓界面唯一的缺點就是拉應(yīng)力在氧化層生長并擴展。在界面粗糙度的基礎(chǔ)上,改變粘結(jié)層的孔隙率、孔隙的大小及位置,模擬結(jié)果顯示：形狀相同,孔隙率不同,隨著孔隙率的增加,峰值應(yīng)力呈現(xiàn)減小的趨勢。但是,當(dāng)孔隙率增加到一定程度時(14%),峰值應(yīng)力會下降。不同形貌和孔隙率對應(yīng)力的影響顯示,隨著孔隙率的增加,橢圓和半圓的峰值處應(yīng)力在減小,正弦界面形貌的峰值應(yīng)力在遞增,這就在以后的制備熱障涂層中,盡量出現(xiàn)橢圓形的界面形貌,最后通過實驗驗證了幾何形貌與孔隙率對涂層應(yīng)力的影響,模擬結(jié)果與實驗相吻合。
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 楊定富,韓樹,袁偉;基體預(yù)熱溫度對熱障涂層熱殘余應(yīng)力影響的研究[J];表面技術(shù);2004年02期

2 胡濤濤;胡兵兵;苗壯;田弋緯;王朋偉;許飛;;界面形貌對熱障涂層殘余應(yīng)力分布的影響[J];材料開發(fā)與應(yīng)用;2012年01期

3 徐惠彬,宮聲凱,劉福順;航空發(fā)動機熱障涂層材料體系的研究[J];航空學(xué)報;2000年01期

4 王洪,張坤,陳光南;界面形貌對熱障涂層界面殘余應(yīng)力影響的數(shù)值模擬[J];金屬熱處理;2001年09期

5 李美Y，

本文編號：1274791