《快速循環熱機械疲勞條件下熱障塗層TGO皺褶行為演變》是依託東南大學，由劉玉付擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：快速循環熱機械疲勞條件下熱障塗層TGO皺褶行為演變
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉玉付
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
航空發動機渦輪葉片的熱障塗層承受高溫、高壓和燃氣腐蝕等複雜因素的耦合作用。蝸輪葉片熱障塗層系統中的熱生成氧化物（TGO）在高溫環境下不斷發生幾何形貌和化學成分的演變，對塗層界面剝離和葉片服役壽命影響重大。本項目面向航空發動機渦輪葉片所受的快速熱機械疲勞載荷（TMF）耦合作用下的套用環境，研究熱力同相位耦合和反相位耦合的交變控制作用下TGO熱障塗層系統TGO 幾何形貌演化。項目基於Balint等的多層連續體力學模型的解析解，計算快速循環熱力載荷及不同耦合形式與材料參數等多種因素對TGO皺褶行為的影響規律；對比分析三維有限元計算模型和多層連續體解析解模型結果以及文獻試驗數據，探明多層連續體力學模型的解析解的適用範圍，為更全面理解熱障塗層系統的TGO皺褶行為演變規律，提供理論指導和分析手段。
結題摘要
典型的航空發動機渦輪葉片熱障塗層系統包括陶瓷塗層（TBC）、熱致生長氧化物層（TGO）、粘結層（BC）和高溫合金基體（SUB）。TGO層在高溫環境下不斷發生幾何形貌和化學成分的演變，對熱障塗層的界面剝離和服役壽命有重大影響。本項目面向航空發動機渦輪葉片所受的熱機械疲勞載荷（TMF）耦合作用下的套用環境，研究熱力同相位耦合和反相位耦合的交變控制作用下TGO熱障塗層系統TGO幾何形貌演化。項目基於多層連續體力學模型的解析解，計算快速循環熱力載荷及不同耦合形式與材料參數等多種因素對TGO皺褶行為的影響規律，對比分析三維有限元計算模型和多層連續體解析解模型結果，探明了多層連續體力學模型的解析解的適用範圍。項目主要結論如下： （1）明確了外載入荷水平、加熱速度、保溫時間、材料物性和熱力耦合形式對TGO生長的影響規律。 （2）表達熱力耦合偏移程度的相位角對熱障塗層TGO皺褶有著顯著的影響。當外載入荷為拉力時，相位偏移60º時TGO振幅最大，當相位偏移300º時TGO振幅最小，並且這種規律不隨著外加拉力的增減發生變化。當外載入荷為壓力時，相位偏移對TGO皺褶的影響與外載荷為拉力時相反。 （3）當外載入荷小於60MPa時，TGO皺褶表現出輕微的正交各向異性，與解析解在此情況下的無正交各向異性略有區別。當外載入荷大於60MPa時，隨著外載入荷的增大，TGO皺褶逐漸表現出明顯的正交各向異性。在拉力作用下，TGO皺褶傾向於平行於載入方向分布，隨著拉力的增大，相比較於解析解，三維有限元模型的各向異性程度的增加更加緩慢；在壓力作用下，TGO皺褶傾向於垂直於載入方向分布，隨著壓力的增大，相比較於解析解，三維有限元模型的各向異性的程度增加更加明顯。（4）在廣義平面應變條件下計算得到的二維有限元結果與三維有限元結果相近，平面應力與平面應變條件下的二維有限元計算結果均與三維有限元計算結果存在很大差別。
