等離子噴涂熱障涂層沖蝕失效的量綱分析及有限元模擬.pdf

1、熱障涂層(Thermal barrier coatings，即TBCs)技術由于能降低合金基底服役溫度、提高發(fā)動機性能與熱效率，已經成為航空發(fā)動機的關鍵熱防護技術。服役時，涂層會受到燃燒室內各種雜質的撞擊，從而發(fā)生沖蝕失效，這已成為制約其安全應用的關鍵問題。等離子噴涂(plasma spraying)TBCs由于含有大量孔隙、微裂紋，幾何結構極其復雜，使得其沖蝕性能的研究尤為困難。本文通過建立含隨機分布缺陷的涂層模型，結合失效形式采用相

2、應有限元方法模擬失效過程，并采用了量綱分析法重點分析了相關參數與沖蝕性能間的關系，最后建立了含均勻分布孔隙涂層的有限元模型進行對比。本學位論文的主要研究內容如下：
　　第一，建立含隨機分布缺陷的等離子噴涂涂層的有限元幾何模型。首先結合等離子噴涂制備工藝及陶瓷層微觀結構對其沖蝕失效現象進行分析，對影響沖蝕性能的關鍵因素——層內缺陷進行簡化；其次根據各軟件的特點及優(yōu)勢，如MATLAB軟件編寫代碼方便容易、ANSYS軟件的命令流操作非常

3、方便、ABAQUS軟件可集中于結構力學和相關領域的研究，簡單快捷地建立了等離子噴涂熱障涂層的有限元幾何模型。
　　第二，結合涂層沖蝕失效形式，采用了不同有限元法進行模擬，并找出最佳方法。由于 ABAQUS中沒有陶瓷層的本構關系，因此需要借助其它方式模擬陶瓷層沖蝕失效，發(fā)現擴展有限元法(XFEM)適合模擬在粒子沖蝕作用下陶瓷層內裂紋的擴展，脆性斷裂準則(Brittle Cracking)可用來模擬陶瓷層的破壞。結合沖蝕性能相關影響參

4、數及制備工藝所需要的參考指標，發(fā)現脆性斷裂準則最適合做更深入的研究。
　　第三，通過改變陶瓷層內的孔隙相關參數，采用量綱分析法研究了孔隙對陶瓷層沖蝕性能的影響。將陶瓷層內孔隙率、孔隙大小、孔隙分布以及沖蝕粒子的速度等相關參數無量綱化，分析了在這些參數的影響下，陶瓷層內應力、能量及其被沖蝕掉的質量、產生的裂紋長度、表面凹坑的深度等無量綱量的變化。
　　第四，建立了含均勻分布孔隙的等離子噴涂涂層的有限元模型，與含隨機分布孔隙的涂