采用內(nèi)聚力模型和熱生長(zhǎng)氧化層(TGO)非均勻增長(zhǎng)子程序,數(shù)值模擬了在熱循環(huán)載荷作用下熱障涂層(TBC)內(nèi)部應(yīng)力演化規(guī)律和開裂行為。涂層失效過(guò)程首先是源自陶瓷層(TC)內(nèi)近波峰位置的拉伸和切應(yīng)力共同主導(dǎo)的陶瓷層Ⅰ、陶瓷層Ⅱ混合型裂紋;隨著循環(huán)數(shù)增加,則轉(zhuǎn)向由TC內(nèi)近波峰位置的切應(yīng)力主導(dǎo)的Ⅱ型裂紋和波峰波谷中間的涂層厚度方向拉伸應(yīng)力主導(dǎo)的Ⅰ型裂紋。整體非均勻增長(zhǎng)和波谷均勻增長(zhǎng)模式下的最大拉伸應(yīng)力經(jīng)過(guò)一定循環(huán)數(shù)后幾乎不再隨循環(huán)數(shù)而增加;而在波峰均勻增長(zhǎng)和整體均勻增長(zhǎng)模式下,最大拉伸應(yīng)力則會(huì)隨著循環(huán)數(shù)增加持續(xù)增長(zhǎng)。整體非均勻增長(zhǎng)、波谷非均勻增長(zhǎng)模式下,20個(gè)循環(huán)后最大切應(yīng)力出現(xiàn)在近波峰位置,分別為-162.41 MPa和-154.28 MPa;而整體波峰均勻增長(zhǎng)和整體均勻增長(zhǎng)模式下,最大切應(yīng)力為-113.82 MPa和-111.98 MPa。對(duì)于波谷均勻增長(zhǎng)和整體非均勻增長(zhǎng)模式,在9個(gè)循環(huán)后出現(xiàn)界面裂紋。而對(duì)于波峰均勻增長(zhǎng)和整體非均勻增長(zhǎng)模式,在第17個(gè)循環(huán)出現(xiàn)界面裂紋。

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【部分圖文】：

圖21050℃TGO增長(zhǎng)曲線

其中K和n為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。相關(guān)的試驗(yàn)研究結(jié)果表明[17],非均勻增長(zhǎng)模式下TGO各個(gè)位置的生長(zhǎng)參數(shù)如下:①波峰:K=4.5h-n,n=0.176;②波谷:K=2.08h-n,n=0.109。而氧化層平均增長(zhǎng)速率可表示為:K=2.9h-n,n=0.158[29]。在1050....

圖3TC內(nèi)y方向應(yīng)力S22分布情況

由于TC的失效大多是由于橫向裂紋的萌生和擴(kuò)展引起,而橫向裂紋的擴(kuò)展與涂層厚度方向(即圖1中y方向)的拉伸應(yīng)力和切應(yīng)力有關(guān),因此本文首先考察氧化層均勻增長(zhǎng)模式下熱不匹配和TGO氧化增長(zhǎng)對(duì)TC內(nèi)部y方向應(yīng)力S22和切應(yīng)力S12分布的影響。由于TBC內(nèi)部各層間的材料參數(shù)差異較大,當(dāng)溫度....

圖4TC內(nèi)切應(yīng)力S12分布情況

可發(fā)現(xiàn)在氧化增長(zhǎng)的初期,由于TGO生長(zhǎng)速度較快,會(huì)導(dǎo)致TC內(nèi)部的y方向拉伸應(yīng)力急劇增加。而隨著循環(huán)數(shù)的增加,TGO氧化生長(zhǎng)的速率趨于平緩,應(yīng)力增長(zhǎng)的速度也開始下降。通過(guò)有限元模擬可發(fā)現(xiàn)熱不匹配應(yīng)力只占TC內(nèi)y方向拉伸應(yīng)力的很小一部分,因此TC內(nèi)的橫向裂紋主要由TGO的氧化生長(zhǎng)應(yīng)力....

圖5不同TGO生長(zhǎng)模式下y方向位移分布情況

2.2不同氧化增長(zhǎng)模式下TBCs的失效分析圖3、圖4的結(jié)果建立在TGO均勻增長(zhǎng)的假設(shè)之上,然而研究表明TGO增長(zhǎng)速率會(huì)受到TC-TGO界面曲率的影響,其波峰到波谷處的TGO增長(zhǎng)速率均不相同。為研究不同氧化增長(zhǎng)模式對(duì)TBC內(nèi)部應(yīng)力分布和失效的影響,本文建立了4種不同的氧化增長(zhǎng)模型....

本文編號(hào)：4000040