《熱障塗層高溫多孔塑性本構模型》是依託西安交通大學，由張偉旭擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：熱障塗層高溫多孔塑性本構模型
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張偉旭
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
熱障塗層廣泛套用於燃氣輪機和航空發動機葉片上，主要對高溫合金葉片進行熱防護和沖蝕防護。熱障塗層對提高發動機的壽命、熱效率、發動機的推重比以及提高能源利用率具有至關重要的價值，是燃氣輪機和航空發動機的關鍵技術之一。熱障塗層中存在大量孔穴，塗層在高溫下表現出良好的塑性及粘性性質，適用於多孔塑性理論。本課題擬建立一種適用於高溫環境下熱障塗層的多孔塑性模型，用以描述熱障塗層在高溫環境下材料塑性變形性質和孔穴演化規律。APS塗層為片狀層結構而EB-PVD塗層為柱狀晶結構，兩種塗層微結構差別顯著，為此我們針對兩種塗層的微結構分別建立簡化的分析模型，進而推導出對應兩種塗層的多孔塑性本構模型的理論框架，通過實驗和數值模擬校核模型參數。本研究可為研究高溫下熱障塗層的塑性變形及失效提供理論基礎。
結題摘要
熱障塗層系統為燃氣輪機和航空發動機高溫部件提供熱防護，對發動機的壽命、熱效率和推重比至關重要，是燃氣輪機和航空發動機的關鍵技術之一。主要研究了高溫環境下熱障塗層的多孔塑性模型，通過研究熱障塗層在高溫環境下材料塑性變形性質和孔穴演化規律，進而預測熱障塗層材料巨觀性質。 1、研究了陶瓷燒結對大氣等離子噴塗熱障塗層界面裂紋的影響。基於陶瓷層密度的演化規律，改進彈粘塑性力熱耦合本構模型。數值分析了燒結和混合氧化物生長對界面裂紋的影響。結果表明，粘塑性減緩了界面裂紋擴展，但對起裂無顯著影響。高孔隙率和低混合氧化物生長速率有助於減緩界面裂紋萌生和擴展。 2、分析了塗層微結構對塗層巨觀材料性質的影響。基於噴塗陶瓷層的片狀層結構，建立了考慮片狀層結構方式的細觀模型，分析了片狀層形貌、結合率對陶瓷層巨觀各向異性性質的影響。 3、實現了塗層強度雙軸測試。將雙軸實驗推廣到熱障塗層系統中。分析了幾何參數、測試件接觸區域的摩擦和損傷以及基底材料的塑性變形對測試結果的影響,獲取了實驗設計的基本要素。為塗層強度雙軸測試提供了保證。 4、給出了循環溫度載荷下TGO蠕變對陶瓷層材料斷裂脫層的影響。通過數值方法分析了氧化層蠕變行為對塗層失效的影響，探索了TGO位移失穩對陶瓷層應力分布和裂紋尖端能量釋放率的影響。 5、給出界面損傷對熱障塗層熱應力的影響。通過熱障塗層系統在穩態梯度溫度場下進行了熱應力分析，得到了界面損傷造成的界面熱阻對整體塗層系統傳熱和應力分布的影響。發現當界面熱阻阻值較大時會加速塗層的剝落失效。 本課題對深入理解熱障塗層的材料力學行為提供了幫助。
