网状热障涂层残余应力数值模拟及其结构设计

发布时间：2017-09-22 12:48

  本文关键词：网状热障涂层残余应力数值模拟及其结构设计

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【摘要】：由于镍基合金基体与热障涂层的材料参数不匹配,在制备和使用过程中,涂层内易累积残余应力,进而可能出现涂层剥落等现象,严重影响构件的使用寿命。网状或多孔结构材料具有较高的应变容限。通过在合金基体表面和陶瓷涂层之间制备具有网状或多孔结构的衬垫,可以提供足够的变形空间以达到提高热障涂层的应变容限的目的。本论文利用有限元方法,模拟合金基体上的网状结构衬垫在加工过程以及涂层在服役过程中的应力场分布。并且设计具有不同截面结构、尺寸以及三维形态网格衬垫,研究其对热障涂层内残余应力和抗热震性的影响。取得以下几点结论：(1)通过在陶瓷层与基体之间添加中间过渡层及网状结构,构成了复合衬垫结构。该结构能够有效降低涂层的在制备中产生的残余应力,尤其是横向拉应力,从而改善了网格衬垫附近应力集中的现象,可提高涂层的性能。(2)当网状结构中衬垫间距与衬垫宽度的比值约在4倍到5倍之间时,热障涂层的内部压应力、陶瓷层与粘结层界面上拉应力均明显降低。具有该比例网状结构衬垫的热障涂层进一步改善了涂层制备中产生的残余应力。(3)在热震环境下,网状结构衬垫能够有效降低热障涂层的横向残余应力。但在升温阶段易造成纵向拉应力的升高。并且随着陶瓷层厚度增加,纵向拉应力提高。与传统热障涂层相比,加入网状结构衬垫后,热障涂层的失效位置从边缘的危险区域移至网状衬垫处。(4)在实际工况环境下,对比具有不同三维结构衬垫热障涂层的残余应力,随着结构衬垫变形空间的增大,残余应力增加。具有六边形衬垫结构热障涂层残余应力最低。
【关键词】：结构衬垫 热障涂层 有限元法 残余应力
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-24
• 1.1 热障涂层的结构10-13
• 1.2 热障涂层的制备13-15
• 1.3 热障涂层的失效15-17
• 1.4 有限元方法在热障涂层研究中的应用17-21
• 1.5 网状结构的应用21-22
• 1.6 课题研究意义和研究内容22-24
• 2 热障涂层截面结构对涂层制备后残余应力场的影响24-44
• 2.1 等离子喷涂过程的有限元仿真24-29
• 2.1.1 液滴冲击过程的简化24-26
• 2.1.2 等离子喷涂过程的温度场研究26-29
• 2.2 传统热障涂层初始残余应力的有限元分析29-35
• 2.2.1 有限元模型30
• 2.2.2 边界条件30
• 2.2.3 结果分析30-35
• 2.3 具有理想网格衬垫结构热障涂层初始残余应力的有限元分析35-38
• 2.3.1 有限元模型35
• 2.3.2 结果分析35-38
• 2.4 具有实际网格衬垫结构热障涂层初始残余应力的有限元分析38-40
• 2.4.1 有限元模型38
• 2.4.2 结果分析38-40
• 2.5 具有复合网格衬垫结构热障涂层初始残余应力的有限元分析40-42
• 2.5.1 有限元模型40
• 2.5.2 结果分析40-42
• 2.6 小结42-44
• 3 热障涂层截面尺寸对涂层制备后残余应力场的影响44-53
• 3.1 热障涂层尺寸优化设计44
• 3.2 热障涂层尺寸优化的初始残余应力分析44-51
• 3.2.1 有限元模型及材料属性44-45
• 3.2.2 边界条件45
• 3.2.3 结果分析45-51
• 3.3 小结51-53
• 4 热震条件下传统热障涂层与结构热障涂层的残余应力场分析53-69
• 4.1 热震条件下传统热障涂层的残余应力分析53-58
• 4.1.1 有限元模型及材料属性53
• 4.1.2 假设条件53
• 4.1.3 边界条件53-54
• 4.1.4 结果分析54-58
• 4.2 热震条件下结构热障涂层的残余应力分析58-66
• 4.2.1 有限元模型59
• 4.2.2 结果分析59-66
• 4.3 热震条件下两种热障涂层的失效形式对比66-68
• 4.4 小结68-69
• 5 衬垫的三维形状对热障涂层工况环境下的应力场影响69-83
• 5.1 基于尺寸优化设计不同形状衬垫69
• 5.2 不同形状衬垫对热障涂层的工况应力的影响69-82
• 5.2.1 有限元模型及材料属性69-70
• 5.2.2 边界条件70
• 5.2.3 结果分析70-82
• 5.3 小结82-83
• 6 结论83-84
• 致谢84-85
• 参考文献85-91
• 附录91

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4 李美Y，

本文编号：900931