基于力热能量密度等效原理的热障涂层损伤数值研究

• 作者: 李定玉 王树彬 徐念东 李卫国
• 来源期刊: 中国材料进展
• 学科: 工学
• 关键词: 热障涂层 失效能密度 有限元 损伤 塑性 蠕变
• 年，卷（期）: 2020,（11）
• 所属期刊栏目: 热障涂层力学专栏(Ⅱ)
• 页码范围: 871-877
• 页数: 7页
• 分类号: TG174.44
• 语种: 中文
• DOI: 10.7502/j.issn.1674-3962.202006035

摘要

热障涂层是保障燃气轮机涡轮叶片、火箭发动机在极端高温有氧环境服役的核心技术之一,其损伤失效机理仍然是目前该领域的难点.基于力热能量密度等效原理并考虑塑性变形能,推导了一个适用于热障涂层在循环热载荷下的温度相关性损伤失效判据,并结合有限元方法分析了循环热载荷下热障涂层的失效能密度的分布情况,重点讨论了陶瓷层(TC)表面升温、保温和降温3个典型阶段考虑塑性变形能的失效能密度分布与单纯考虑拉伸效应弹性应变能的失效能密度分布的差异,并对循环热载荷条件下热障涂层的损伤失效行为进行了模拟.结果表明,造成热障涂层损伤失效的裂纹并非一直沿着TC/TGO往波谷扩展,并且热生长氧化层(TGO)波峰顶部不容易产生裂纹,这两个关键现象与实验所得结果吻合,验证了推导的温度相关性损伤失效判据的准确性,并克服了基于传统断裂力学的VCCT技术、Cohesive单元法和扩展有限元法等的局限性,为热障涂层的强度评估与安全性评价提供了科学依据.