發(fā)布時間：2021-11-19 07:36

　　渦輪葉片作為航空發(fā)動機的核心部件,主要是將熱能轉(zhuǎn)化為動能,渦輪葉片工作在高溫、高壓、高應力、高速等極其惡劣的環(huán)境下,渦輪葉片是否可靠對安全生產(chǎn)、飛行至關重要。為了提高其安全性能及使用壽命,在葉片表面覆蓋熱障涂層,熱障涂層由陶瓷層、粘接層和鎳基高溫合金基體組成。伴隨著服役時間的增長,粘接層厚度和陶瓷層厚度都會減薄,并在高溫下氧化產(chǎn)生氧化物,導致隔熱性變差,更嚴重會導致陶瓷層的脫落,導致熱障涂層失效。因此,熱障涂層厚度的檢測對監(jiān)測航空發(fā)動機的健康狀況及其壽命的預測具有十分重要的作用。由于熱障涂層中粘接層電導率低,常規(guī)渦流的分辨率不足以測量其厚度,本文提出了一種基于高頻渦流來檢測熱障涂層厚度的新方法。主要成果如下:首先,建立了平面螺旋線圈高頻渦流的解析模型,根據(jù)Maxwell方程組引入矢量磁位,得到了空氣中單匝線圈的磁場解析模型;接著,應用疊加定理得到了平面螺旋線圈在空氣中的磁場解析模型;然后利用電磁場的反射理論,得到了在任意層導電試件上的平面螺旋線圈渦流場的積分解析模型;隨后,基于法拉第電磁感應定律及歐姆定律,建立了平面螺旋線圈高頻渦流場阻抗變化量的積分解析模型,進行了實驗和有限元仿真驗證... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

遠場渦流檢測的基本原理

晰度會受到缺陷所在的深度影響，深度越深，受趨膚效應的影響，成像結(jié)果越不明顯[60-63]。1.5熱障涂層厚度渦流檢測的研究現(xiàn)狀（CurrentSituationofThermalBarrierCoatingThicknessDetectionusingeddycurrenttesting）我國作為航天大國，航空發(fā)動機是最重要的部件，航空發(fā)動機目前工作在高溫、高壓等極其惡劣的環(huán)境下，為了提高其使用壽命，目前都將熱障涂層(ThermalBarrierCoatings,TBCs)作為航空發(fā)動機的隔熱材料[64-66]。熱障涂層通常由陶瓷層和金屬粘接層組成，通常熱障涂層會覆蓋在鎳基高溫合金基體表面[67]，如圖1-7所示。陶瓷層具有隔熱的作用，而粘接層的作用是提高陶瓷層與基體的相容性，因此熱障涂層能夠保證航空部件在高溫下正常的工作[68]。圖1-7熱障涂層的結(jié)構(gòu)Figure1-7Structureofthermalbarriercoating由于長時間在惡劣的環(huán)境下工作，陶瓷層會產(chǎn)生氧離子，而粘接層則會產(chǎn)生金屬離子，氧離子和金屬離子會在陶瓷層和粘接層之間聚合生成氧化物，在高溫下的氧化會導致陶瓷層和粘接層厚度的減薄，降低隔熱的效果，因此對熱障涂層厚度的無損檢測是當前我國在航天事業(yè)上急需解決的問題[69-71]。渦流檢測具有操作簡單、設備便攜、高靈敏度、不損傷檢測試件、使用成本低等優(yōu)點，可以用來作為熱障涂層厚度測量的理想方法。周俊華和徐可北[72]通過渦流檢測，得到了組成熱障涂層的每種材料的電磁特性，分析了在對熱障涂層厚度測量時，會對其測量產(chǎn)生影響的因素。通過研究發(fā)現(xiàn)，基體以及粘接層為非鐵磁性導電材料，而陶瓷層為非導電涂層，而且粘接層的存在會極大影響陶瓷層厚度的測量。尹武良[73-75]通過研究發(fā)現(xiàn)，電感虛部的峰值所對應的頻率會隨著電導率的減

碩士學位論文20選擇渦流場求解器。在渦流檢測中，可以根據(jù)試件厚度、電導率等的差異得到對應的阻抗值，通過阻抗值來獲得待測試件的厚度、電導率等信息。步驟二：建立模型。由于平面螺旋線圈在有限元仿真建模中不屬于軸對稱模型，因此要采用三維模型，三維模型相比于二維模型來說，計算時間慢、準確度低，容易受到網(wǎng)格劃分的影響。平面螺旋線圈有限元仿真模型如圖2-5所示。圖2-5三維平面螺旋線圈檢測模型Figure2-53Dplanarspiralcoildetectionmodel步驟三：設置探頭參數(shù)和待測試件參數(shù)。圖2-5中，圓柱形為設置的空氣域，也稱為求解區(qū)域，求解區(qū)域圓柱體的半徑通常略大于待測試件半徑。下面的矩形主要是熱障涂層試件的模型，通常設置為矩形，熱障涂層試件的參數(shù)如表2-2。板材上面是平面螺旋線圈的檢測探頭，探頭的參數(shù)如表2-1所示。步驟四：添加激勵和邊界條件。在渦流場的有限元仿真中需要給出激勵電流的幅值和相角，在二維模型中，添加激勵時只需要垂直于二維平面，然而在三維模型中，需要在繞組的內(nèi)部要做出電流面，電流通過電流面流入，平面螺旋線圈是沿著Z軸分布的，因此在XY面內(nèi)切割的橫截面即為電流面。邊界條件即為圖2-5所示的圓柱形區(qū)域，邊界設置為絕緣材料，設置邊界條件使模型不至于過大，減少了仿真的時間，提高了仿真的精度。步驟五：網(wǎng)格剖分。由于有限元仿真結(jié)果受到網(wǎng)格剖分的影響，所以在線圈和待測試件中需要精細的網(wǎng)格以提高精度，但同時也增加了有限元仿真的時間。因此為了平衡兩者，線圈的最大單元長度為0.5mm，待測試件的最大單元長度為5mm。步驟六：求解后處理。在本文中，主要通過線圈的阻抗變化量來獲得熱障涂層的厚度信息，因此在仿真中計算得到的線圈阻抗。2.3.2實驗平臺的搭建實驗平臺主要是由五部分組成?

【參考文獻】：
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3504581