熱障涂層復(fù)阻抗譜影響參數(shù)的有限元模擬.pdf

1、熱障涂層(Thermal Barrier Coatings，簡稱TBCs)是一種絕熱陶瓷涂層，已成功應(yīng)用在航空發(fā)動機的渦輪葉片，以提高渦輪葉片的服役溫度和耐腐蝕性能。然而，TBCs結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在惡劣的服役環(huán)境下會發(fā)生脫落和失效，這不但影響航空發(fā)動機效率，而且嚴重威脅航空發(fā)動機的安全運行。為預(yù)防上述情況發(fā)生，復(fù)阻抗譜檢測(Impedance Spectroscopy，簡稱IS)作為一種無損檢測方法已被應(yīng)用于熱障涂層的結(jié)構(gòu)檢測和壽命預(yù)測中。盡

2、管如此，復(fù)阻抗譜檢測在航空發(fā)動機熱障涂層中的應(yīng)用還存在以下兩個問題：1.對復(fù)阻抗譜結(jié)果的分析缺乏穩(wěn)定可靠的研究工具。2.實驗中采用的非對稱電極對復(fù)阻抗譜檢測結(jié)果的影響不明確。因此，本文引入有限元法對熱障涂層的復(fù)阻抗譜檢測進行模擬分析，進一步研究復(fù)阻抗譜測量環(huán)境和TBCs結(jié)構(gòu)變化對熱障涂層復(fù)阻抗譜測量結(jié)果的影響。主要研究內(nèi)容及所得結(jié)果如下：
　　1.根據(jù)有限元結(jié)果、實驗測量結(jié)果以及復(fù)阻抗譜理論，詳細地分析測量電壓、測量溫度以及測量電

3、極大小對TBCs復(fù)阻抗譜的影響。此外，對復(fù)阻抗譜進行等效電路擬合，得到Y(jié)SZ和TGO的測量厚度。最后，綜合測量電壓、測量溫度以及測量電極大小的影響，確定TBCs復(fù)阻抗譜最佳的測量電壓為1 V，測量溫度為400℃，測量所用的Pt電極直徑為3~5 mm。
　　2.根據(jù)有限元結(jié)果、實驗結(jié)果及復(fù)阻抗譜理論，分析YSZ、TGO厚度和電導(dǎo)率對TBCs復(fù)阻抗譜檢測的影響。通過比較測量厚度與模型所設(shè)厚度，確定檢測的大致誤差，結(jié)果表明：在根據(jù)復(fù)阻抗

4、譜計算YSZ和TGO厚度時，不應(yīng)直接采用 Pt電極面積作為測量區(qū)域面積，而應(yīng)選取比 Pt電極面積大的值。如當 Pt電極直徑為3 mm時，用于計算YSZ厚度的測量區(qū)域面積取值應(yīng)比Pt電極面積大10％，此時得到的結(jié)果測量誤差更小。同理，對于計算TGO厚度，測量區(qū)域面積取值則應(yīng)比Pt電極面積大60％。
　　3.采用COMSOL軟件模擬TBCs復(fù)阻抗譜測量過程，同時分析不同條件下TBCs的復(fù)阻抗譜及其內(nèi)部的電場分布。結(jié)果表明：非對稱電極的