熱循環(huán)下熱障涂層殘余應力及穩(wěn)定性的研究.pdf

1、本文以等離子噴涂熱障涂層為研究對象，以熱彈塑性理論和安定定理為理論依據，針對涂層結構的層裂失效問題，建立了相應的幾何模型，研究了循環(huán)熱載荷作用下熱障涂層的殘余應力及穩(wěn)定性問題。 首先，針對溫度場作用下結構的安定問題，基于Melan安定理論和Von.Mises屈服準則，建立了相應的結構安定數學模型，分析了安定判斷準則和循環(huán)加載步驟，探討了溫度場作用下相應的結構安定極限有限元計算方法。其次，針對熱障涂層溫度場及熱應力問題，在熱傳導

2、及熱彈性理論的基礎上，以三層熱障涂層結構為對象，求解了熱障涂層穩(wěn)態(tài)工作環(huán)境下的溫度場分布，分析了熱障涂層熱循環(huán)過程中熱應力的特點及其產生機理。接著，針對涂層結構不同界面形貌的問題，建立了熱障涂層平板模型(界面為理想平面和凹凸曲面)和圓筒模型，采用熱彈塑性有限元方法，對熱障涂層熱循環(huán)作用下由于熱梯度、材料參數不匹配及幾何因素而產生的殘余應力進行了數值模擬，討論了材料參數及界面幾何形貌對界面殘余應力大小和分布狀態(tài)的影響。最后，針對多次熱循環(huán)

3、下涂層結構的不穩(wěn)定問題，建立了循環(huán)載荷下塑性應變的累積關系，通過對變材料參數條件下不同界面形貌的熱障涂層結構在多次熱循環(huán)下殘余應力累積過程的數值模擬，探討了界面幾何形貌對涂層穩(wěn)定過程的影響，分析了在多次循環(huán)載荷下殘余應力累積變化的趨勢，并對對結構中的最危險點進行了安定性分析。 研究結果表明，平板模型中溫度場呈直線分布，圓筒模型中溫度場呈對數分布；熱障涂層冷卻后最大殘余應力處于界面上，材料的參數相差越大，殘余應力就越大，并且粘結