界面形貌以及TGO厚度對(duì)熱障涂層失效機(jī)理的影響研究.pdf

1、本文采用有限元方法，研究了等離子噴涂熱障涂層冷卻至室溫后界面形貌以及TGO的存在對(duì)殘余應(yīng)力場(chǎng)的影響；以內(nèi)聚力單元模擬TBC/BC界面，得到了熱-力耦合作用下界面裂紋萌生和擴(kuò)展的規(guī)律。主要的工作總結(jié)如下：
　　1.建立了含基底和不含基底的兩種有限元模型，研究了基底的存在對(duì)熱障涂層殘余應(yīng)力分布的影響，結(jié)果表明：與不含基底時(shí)的結(jié)果相比，含基底時(shí)相應(yīng)波峰處的應(yīng)力值有所增大，并且增大的幅度隨著界面幅值增加而增大，但是應(yīng)力的變化值與該處的應(yīng)力

2、值相比可以忽略。為減小計(jì)算量，在后續(xù)研究中可以不考慮基底。
　　2.研究了界面粗糙度對(duì)熱障涂層界面殘余應(yīng)力分布的影響，采用一條幅值不斷增大的曲線來(lái)模擬界面形貌。結(jié)果表明，界面粗糙度對(duì)界面殘余應(yīng)力的分布有顯著的影響，粗糙度越大，陶瓷層和結(jié)合層靠近界面的波峰、波谷處水平方向和垂直方向的最大拉/壓應(yīng)力也越大。
　　3.使用內(nèi)聚力單元模擬 TBC/BC界面，并在 TBC表面施加位移載荷，研究了界面處損傷以及裂紋的萌生和擴(kuò)展規(guī)律。結(jié)果

3、表明：在較小位移載荷作用下，只是有損傷出現(xiàn)，同時(shí)可注意到，波谷處損傷為零，且隨著幅值的增大，波峰處的損傷逐漸增大。裂紋最先出現(xiàn)的位置并不是整個(gè)界面中殘余應(yīng)力最大的部分，而是最小振幅下拉應(yīng)力和壓應(yīng)力最大的部位，說(shuō)明粗糙度對(duì)界面破壞的影響是相當(dāng)復(fù)雜的。
　　4.在界面粗糙度相同的情況下，研究了不同界面形貌對(duì)熱障涂層系統(tǒng)殘余應(yīng)力及界面斷裂的影響。結(jié)果表明，隨著幅值的變化，同一界面形貌下的水平方向垂直方向的殘余應(yīng)力發(fā)生著規(guī)律性的變化：隨著

4、幅值的增大而增大，隨著幅值的減小而減?。坏菍?duì)于不同界面形貌下相同幅值處的水平殘余應(yīng)力值是存在著差異的，這與界面形貌有著很大的關(guān)系。幅值不斷增大的界面形貌完全斷裂所需的載荷最大，抵抗斷裂的能力最強(qiáng)，而以標(biāo)準(zhǔn)正弦曲線為界面形貌的模型完全斷裂所需的位移載荷值最小，故抗斷裂能力最弱。
　　5.分BC層為完全彈性和考慮塑性變形兩種情況，研究了TGO以及界面幅值對(duì)殘余應(yīng)力的影響，結(jié)果表明，是否考慮BC層的塑性變形對(duì)界面處殘余應(yīng)力的分布規(guī)律影

5、響很小，只是數(shù)值上考慮塑性變形時(shí)要比不考慮塑性變形時(shí)??；TGO厚度、TGO層以及界面幅值對(duì)界面處殘余應(yīng)力的分布有顯著的影響，隨著TGO厚度的增大，殘余應(yīng)力值也相應(yīng)增大，并且隨著幅值的增大而增大；BC層界面最大拉應(yīng)力與TGO厚度成線性增長(zhǎng)關(guān)系，而TBC層則相反；BC層中的最大拉應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于TBC層中的最大拉應(yīng)力，這也是熱障涂層在BC/TGO界面失效的主要原因。另一方面，無(wú)論是在TBC層，還是在BC層中，最大拉應(yīng)力與幅值均為線性增長(zhǎng)關(guān)系；左