熱循環(huán)下熱障涂層殘余應(yīng)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(duì)象，以熱彈塑性理論和安定定理為理論依據(jù)，針對(duì)涂層結(jié)構(gòu)的層裂失效問題，建立了相應(yīng)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(yīng)力及穩(wěn)定性問題。 首先，針對(duì)溫度場作用下結(jié)構(gòu)的安定問題，基于Melan安定理論和Von.Mises屈服準(zhǔn)則，建立了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)安定數(shù)學(xué)模型，分析了安定判斷準(zhǔn)則和循環(huán)加載步驟，探討了溫度場作用下相應(yīng)的結(jié)構(gòu)安定極限有限元計(jì)算方法。其次，針對(duì)熱障涂層溫度場及熱應(yīng)力問題，在熱傳導(dǎo)

2、及熱彈性理論的基礎(chǔ)上，以三層熱障涂層結(jié)構(gòu)為對(duì)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(yīng)力的特點(diǎn)及其產(chǎn)生機(jī)理。接著，針對(duì)涂層結(jié)構(gòu)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(duì)熱障涂層熱循環(huán)作用下由于熱梯度、材料參數(shù)不匹配及幾何因素而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力進(jìn)行了數(shù)值模擬，討論了材料參數(shù)及界面幾何形貌對(duì)界面殘余應(yīng)力大小和分布狀態(tài)的影響。最后，針對(duì)多次熱循環(huán)

3、下涂層結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定問題，建立了循環(huán)載荷下塑性應(yīng)變的累積關(guān)系，通過對(duì)變材料參數(shù)條件下不同界面形貌的熱障涂層結(jié)構(gòu)在多次熱循環(huán)下殘余應(yīng)力累積過程的數(shù)值模擬，探討了界面幾何形貌對(duì)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(yīng)力累積變化的趨勢(shì)，并對(duì)對(duì)結(jié)構(gòu)中的最危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行了安定性分析。 研究結(jié)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(duì)數(shù)分布；熱障涂層冷卻后最大殘余應(yīng)力處于界面上，材料的參數(shù)相差越大，殘余應(yīng)力就越大，并且粘結(jié)