高温燃气热冲击下涡轮叶片热障涂层失效过程的实时检测与分析

发布时间：2022-07-09 17:03

　　热障涂层是高性能航空发动机必不可缺的热防护技术,也是推动航空技术发展的关键隔热技术,目前已广泛应用于航空发动机涡轮叶片。但是热障涂层面临剥落失效的巨大瓶颈,由于缺少合适的热障涂层服役环境模拟装置和实时检测方法,涡轮叶片热障涂层的失效机制仍未清楚。基于此,本文采用多种检测方法对涡轮叶片热障涂层的热冲击过程进行实时检测,取得主要创新性结果如下:（1）基于课题组自主研发的热障涂层服役环境模拟装置,设置了合理的热冲击参数和模拟装置参数,实现了涡轮叶片热障涂层快热快冷的热冲击循环。标定了高温合金基底和热障涂层在不同温度下的红外发射率。测定了在热冲击保温阶段,涡轮叶片热障涂层的温度分布和温度变化情况。研究表明,高温合金的红外发射率随着温度的升高而降低,热障涂层的红外发射率随着温度的升高而升高。在保温阶段,涡轮叶片前缘温度分布最高,压力面次之,吸力面最低,涡轮叶片热障涂层温升速率最高点可达100℃/s。（2）基于声发射检测技术检测了热障涂层从完好状态至出现剥落失效过程中的损伤演变情况,并对热障涂层的宏观、微观形貌变化进行研究。研究表明,根据声发射信号的频谱区分出五种破坏模式,分别是表面垂直裂缝（20... 

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 热障涂层概述
        1.2.1 热障涂层的背景
        1.2.2 热障涂层的制备工艺
        1.2.3 热障涂层的服役环境及失效机制
    1.3 热障涂层的服役环境模拟及无损检测
        1.3.1 热障涂层的服役环境模拟
        1.3.2 无损检测概述
    1.4 选题依据及主要内容
        1.4.1 选题依据
        1.4.2 主要内容
第2章 基于红外热成像法检测温度分布及变化
    2.1 引言
    2.2 红外热成像检测概述
        2.2.1 红外热成像技术的原理及背景
        2.2.2 红外热成像系统的组成和参数指标
    2.3 热障涂层的红外发射率标定
        2.3.1 热障涂层样品参数
        2.3.2 热障涂层服役环境模拟装置的温度控制
        2.3.3 热障涂层的发射率及标定
    2.4 热障涂层的温度分布及温度变化
        2.4.1 高温燃气热冲击参数
        2.4.2 热冲击循环过程中的温度变化
        2.4.3 保温阶段的温度分布
    2.5 本章小结
第3章 基于声发射方法检测热障涂层的损伤演变
    3.1 引言
    3.2 声发射检测技术
        3.2.1 声发射检测技术的背景
        3.2.2 声发射检测系统
    3.3 声发射信号的特征参量的选取
        3.3.1 声发射信号的参数
        3.3.2 基于k-means聚类算法选取热冲击下声发射信号的特征参量
    3.4 基于小波包变换的声发射信号的模式识别
        3.4.1 小波包变换的基本原理
        3.4.2 热冲击过程中损伤的演变
    3.5 热障涂层的宏微观形貌演变
        3.5.1 热障涂层的宏观形貌演变
        3.5.2 热障涂层的微观形貌演变
    3.6 本章小结
第4章 基于数字图像相关法检测热障涂层表面应变
    4.1 引言
    4.2 数字图像相关法概述
        4.2.1 数字图像相关法的背景
        4.2.2 数字图像相关法的原理
    4.3 热障涂层的散斑制备工艺
        4.3.1 散斑种类的选取
        4.3.2 散斑的制备工艺
        4.3.3 散斑质量的评估
    4.4 热障涂层表面的应变演变
        4.4.1 计算区域的选择
        4.4.2 涡轮叶片热障涂层表面的应变
        4.4.3 不同高度热障涂层表面的应变
    4.5 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 工作总结
    5.2 工作展望
参考文献
致谢
个人简历及硕士期间发表的专利和学术论文



本文编号：3657495