熱防護涂層服役過程數(shù)值模擬研究.pdf

1、熱防護涂層是用來保護基體材料的一種隔熱涂層。在保證基體材料不受外界環(huán)境的氧化、腐蝕等破壞的同時，熱防護涂層能使基體材料在更高的溫度下使用，從而延長基體材料的使用壽命，因此廣泛地應用在航空航天等諸多領域。隨著各國高超聲速飛行器研究計劃的開展，熱防護涂層的研制和使用成為該計劃的主要研究目標之一，國內(nèi)外的研究者為此做了大量工作。熱防護涂層在高溫環(huán)境下要承受較大的溫度梯度，同時涂層結(jié)構(gòu)在溫度的作用下會產(chǎn)生熱應力，從而影響其使用性能，因此熱防護涂

2、層在高溫環(huán)境下服役時的溫度和應力響應是本文研究的重點。本文主要以超燃沖壓發(fā)動機噴管部位為目標設計區(qū)，以高溫綜合性能良好的SiC/SiC復合材料為基體，采用MSC.Marc有限元軟件建立了熱防護涂層的二維軸對稱模型，對典型高溫環(huán)境服役過程的溫度場和應力應變場進行了數(shù)值模擬研究。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　首先，借助于傳熱學和熱應力的有限元理論，采用MSC.Marc有限元軟件，以SiC/SiC復合材料為基體建立了熱防護涂層有限元模型

3、，模擬了涂層服役過程中的溫度場和應力應變場。結(jié)果表明，熱防護涂層顯著降低了基體溫度，表現(xiàn)出良好的隔熱效果；由于材料屬性的不匹配，陶瓷層與粘結(jié)層界面及粘結(jié)層與基體界面附近的應力梯度較大；總的等效塑性應變在粘結(jié)層附近較大。
　　然后，鑒于熱防護涂層結(jié)構(gòu)在重復使用過程中的不穩(wěn)定性，忽略高溫蠕變行為，對涂層在重復使用過程中的溫度場和應力應變場進行了數(shù)值模擬研究，并對其演化規(guī)律進行了分析。結(jié)果表明，在模擬重復使用過程中，隨著循環(huán)周次的增加，