采用內聚力模型和熱生長氧化層(TGO)非均勻增長子程序,數值模擬了在熱循環(huán)載荷作用下熱障涂層(TBC)內部應力演化規(guī)律和開裂行為。涂層失效過程首先是源自陶瓷層(TC)內近波峰位置的拉伸和切應力共同主導的陶瓷層Ⅰ、陶瓷層Ⅱ混合型裂紋;隨著循環(huán)數增加,則轉向由TC內近波峰位置的切應力主導的Ⅱ型裂紋和波峰波谷中間的涂層厚度方向拉伸應力主導的Ⅰ型裂紋。整體非均勻增長和波谷均勻增長模式下的最大拉伸應力經過一定循環(huán)數后幾乎不再隨循環(huán)數而增加;而在波峰均勻增長和整體均勻增長模式下,最大拉伸應力則會隨著循環(huán)數增加持續(xù)增長。整體非均勻增長、波谷非均勻增長模式下,20個循環(huán)后最大切應力出現在近波峰位置,分別為-162.41 MPa和-154.28 MPa;而整體波峰均勻增長和整體均勻增長模式下,最大切應力為-113.82 MPa和-111.98 MPa。對于波谷均勻增長和整體非均勻增長模式,在9個循環(huán)后出現界面裂紋。而對于波峰均勻增長和整體非均勻增長模式,在第17個循環(huán)出現界面裂紋。

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【部分圖文】：

圖21050℃TGO增長曲線

其中K和n為經驗常數。相關的試驗研究結果表明[17],非均勻增長模式下TGO各個位置的生長參數如下:①波峰:K=4.5h-n,n=0.176;②波谷:K=2.08h-n,n=0.109。而氧化層平均增長速率可表示為:K=2.9h-n,n=0.158[29]。在1050....

圖3TC內y方向應力S22分布情況

由于TC的失效大多是由于橫向裂紋的萌生和擴展引起,而橫向裂紋的擴展與涂層厚度方向(即圖1中y方向)的拉伸應力和切應力有關,因此本文首先考察氧化層均勻增長模式下熱不匹配和TGO氧化增長對TC內部y方向應力S22和切應力S12分布的影響。由于TBC內部各層間的材料參數差異較大,當溫度....

圖4TC內切應力S12分布情況

可發(fā)現在氧化增長的初期,由于TGO生長速度較快,會導致TC內部的y方向拉伸應力急劇增加。而隨著循環(huán)數的增加,TGO氧化生長的速率趨于平緩,應力增長的速度也開始下降。通過有限元模擬可發(fā)現熱不匹配應力只占TC內y方向拉伸應力的很小一部分,因此TC內的橫向裂紋主要由TGO的氧化生長應力....

圖5不同TGO生長模式下y方向位移分布情況

2.2不同氧化增長模式下TBCs的失效分析圖3、圖4的結果建立在TGO均勻增長的假設之上,然而研究表明TGO增長速率會受到TC-TGO界面曲率的影響,其波峰到波谷處的TGO增長速率均不相同。為研究不同氧化增長模式對TBC內部應力分布和失效的影響,本文建立了4種不同的氧化增長模型....

本文編號：4000040