熱機(jī)械疲勞條件下熱障涂層中TGO皺褶的三維模擬研究.pdf

1、熱障涂層(Thermal barrier coatings，TBCs)被廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片上提供隔熱保護(hù)，有效的提高了熱端部件的工作溫度和效率，延長了其使用壽命。熱障涂層在服役過程中會在其內(nèi)部生長一層熱生長氧化物(Thermally grown oxide，TGO)，TGO在高溫環(huán)境下不斷生長，發(fā)生化學(xué)成分和幾何形貌的演變，對熱障涂層的界面剝離和使用壽命有重大影響。本文以SolidWorks為三維建模軟件，以ABAQUS及其提

2、供的子程序UEXPAN為有限元計(jì)算平臺和工具，驗(yàn)證了本文中使用的TGO生長子程序UEXPAN的正確性，研究了熱循環(huán)（Thermal fatigue，TF）下TGO初始振幅、熱機(jī)械循環(huán)(Thermo-mechanical fatigue，TMF)下外加機(jī)械載荷大小和TGO橫向生長應(yīng)變對TGO皺褶的影響規(guī)律。論文的主要結(jié)論如下:
　　(1)通過與文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果比較，驗(yàn)證了TGO生長子程序UEXPAN的正確性。
　　(2)當(dāng)模型只經(jīng)

3、歷熱循環(huán)載荷時(shí)，TGO振幅隨循環(huán)進(jìn)行而增加，不同初始振幅的模型TGO振幅增量不同，20個(gè)循環(huán)后A0=2μm、4μm和12μm的三種模型TGO振幅增量分別為0.07μm、0.52μm以及0.74μm。在每個(gè)循環(huán)中，TGO在降溫和升溫階段的振幅增量主要受BC層Y方向塑性變形的影響，在高溫保溫階段的振幅增量主要受TGO高溫階段Y方向塑性變形的影響。
　　(3)當(dāng)模型經(jīng)歷熱機(jī)械載荷時(shí)，TGO振幅變化規(guī)律受外加機(jī)械載荷大小和TGO橫向生長應(yīng)

4、變的聯(lián)合作用。當(dāng)橫著生長應(yīng)變較小時(shí)，TGO振幅增量較小，此時(shí)外加機(jī)械載荷對TGO皺褶影響顯著。外加拉應(yīng)力使得平行外加機(jī)械載荷的平面內(nèi)的TGO振幅增量減小，垂直外加機(jī)械載荷的平面內(nèi)的TGO振幅增量變大。外加壓應(yīng)力使得平行外加機(jī)械載荷平面內(nèi)的TGO振幅增量變大，垂直外加機(jī)械載荷平面內(nèi)的TGO振幅增量變小。當(dāng)橫向生長應(yīng)變較大時(shí)，TGO振幅增量較大，此時(shí)外加機(jī)械載荷對TGO皺褶影響相對較小，無論外加機(jī)械載荷是拉應(yīng)力還是壓應(yīng)力，兩個(gè)平面內(nèi)的TGO