论文摘要
隔热涂层广泛应用于高温发动机的热端部件,以提高热端部件的耐受温度,减少热端部件的热弹-塑性-蠕变变形,提高热端部件的强度,延长其热力疲劳寿命。在实际应用中,由于服役的温度环境和载荷条件非常苛刻,隔热涂层经常由于过早的剥落而导致热端部件失效,严重地影响发动机的使用寿命,甚至导致严重的灾难性事故。因此,深入认识隔热涂层的失效机理,提高涂层的寿命和可靠性,对于确保发动机安全、可靠工作有重要的工程价值。另外,隔热涂层是一种典型的多层结构,在外力和高温下的失效机理非常复杂,涉及力学、材料等多个学科,对其开展深入系统的研究具有重要的理论意义。采用不同方法制备的热障涂层的内部结构存在差异,其失效方式和机理也不完全相同。对于电子束物理蒸发沉积（EB-PVD）方法制备的隔热涂层,TGO界面的波动与皱褶造成的残余应力是导致其分层失效的主要原因之一。要认识热障涂层的失效机理,有必要对热循环过程中热障涂层内部热应力随温度、涂层结构的变化有较深入的了解。本文运用ANSYS有限元软件,对EB-PVD TBC系统进行了热循环载荷下的瞬态热应力分析计算,首先考察了含热生成氧化物（TGO）孤岛隔热涂层系统在典型的热循环过程中的温度场、应力场和应变场随时间的变化情况,总结了TGO孤岛（包括孤岛距离,孤岛大小,孤岛密度等）对于系统应力状况影响的初步规律,所得结果对检测隔热涂层系统的质量有一定参考价值。然后,基于BRT实验细长圆柱状试样,通过参数化建模考察了不同的界面形状对系统残余应力分布的影响,并给出了优化界面形状的基本原则,所得结果对优化隔热涂层系统制备工艺改善及性能提高有一定的指导作用。