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目的探索热障涂层系统(TBCs)在热震过程中的损伤行为。方法基于材料能量储存极限,推导了适用于平面复杂应力情形的温度相关性临界失效能密度判据,进而利用该临界失效能密度判据与ABAQUS有限元软件相结合,研究了热生长氧化层(TGO)凸起的热障涂层系统在冷却热震过程中的损伤行为。结果对于TGO层凸起的热障涂层系统,计算了冷却热震过程中陶瓷层(TC)和TGO层的失效能密度分布云图,并根据最大失效能分布情况分析了TBCs在热震过程中各层材料的可能破坏位置,所得结果与实验吻合较好。在对TBCs的冷却热震损伤行为模拟计算中发现,当TC层的强度比较低时,热震会使TC层上表面产生往内部扩展的垂直裂纹;当TC层强度达到某一定值时,首先发生热震破坏的位置由TC层上表面变成了TGO层与粘结层(BC)的界面处,即TBCs的各层破坏顺序发生了变化。结论使用临界失效能密度准则来判断热障涂层在冷却热震过程中的损伤行为,比单纯使用某一方向应力更为准确,并能准确判断损伤起始位置和演化情况,从而更全面地反映热障涂层在热震过程中的损伤破坏行为。 相似文献
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目的对热机械载荷环境下的金属/陶瓷功能梯度材料涂层板进行安定性分析,并获得其安定载荷区域,为其工程安全使用提供一定的理论依据。方法在已有工作基础上,采用分段指数函数模型描述梯度涂层板中的材料热物参数空间梯度分布,基于静力安定理论建立梯度涂层板弹性区域的理论分析模型和安定区域的理论分析模型,通过编程数值计算,结合自平衡的残余应力场和板内应力分布情况,分析了Al/SiC功能梯度材料涂层板的安定区域。结果计算分析出Al/SiC功能梯度材料涂层板弹性区域边界和安定区域边界,其中安定区域边界由两部分组成,一部分为Shakedown-Reversed Plasticity boundary(S-RP),另一部分为Shakedown-IncrementalCollapseboundary(S-IC),并得到处于安定情况下所能承受的极限热载增量为(35)q=154 4.0℃,单位厚度下所能承受的极限机械载荷为=6167.3 N/mmxP。涂层板上表面热物理性能最弱,最容易发生塑性循环变形破坏。结论根据安定分析结果,可预先选择功能梯度涂层板所能使用的热机械环境,为涂层板的安全使用提供可靠的理论依据。另外,为得到更佳的安定区域和适应更苛刻的热机械环境,安定分析结果可对涂层板制备优化设计提供较好的参考。 相似文献
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目的创建可计及温度与层状结构共同影响的超高温陶瓷基复合材料涂层与基体层因热不匹配导致的残余热应力的理论表征模型。方法基于经典的层合板理论与超高温陶瓷基复合材料热物理性能参数对温度的敏感性研究,引入温度和层状结构对涂层与基体层所受残余热应力的影响,形成各层残余热应力温度相关性的理论表征方法,并以ZrB_2-SiC复合材料涂层为例,利用该理论方法系统地研究了各种控制机制对残余热应力的影响及其随温度的演化规律。结果超高温陶瓷基复合材料涂层与基体层所受的残余热应力随着温度的变化而变化,涂层热膨胀系数与基体层热膨胀系数差别越大,变化幅度越大。当涂层材料热膨胀系数大于基体层材料热膨胀系数时,涂层材料遭受残余拉应力,基体层材料遭受残余压应力;随着涂层厚度的增加,涂层所受拉应力减小,而基体层所受压应力增大;当涂层材料热膨胀系数小于基体层材料热膨胀系数时,涂层材料遭受残余压应力,基体层材料遭受残余拉应力;随着涂层厚度的增加,涂层所受压应力减小,而基体层所受拉应力增大。低温下,各层所受残余热应力对层厚与每层材料组成的变化比较敏感,随着温度的升高,敏感性降低。结论对于涂层材料,应设计涂层材料的热膨胀系数小于基体层材料的热膨胀系数,使涂层遭受残余压应力,这不仅能够降低材料表面产生裂纹的危险,同时可以抑制表面已有缺陷的扩展。同时应当设计相对较小的涂层厚度,以增大涂层所受的残余压应力,降低基体层所受的残余拉应力,有效提高整体材料在不同温度下的强度性能。 相似文献
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借助重心公式,由能量法推导出均布自重下闭口和顶部开口椭圆环的内力和位移计算公式。以水平轴与铅垂轴之比为2的椭圆环为例,绘制无量纲化的内力图和位移图。分析内力和位移的零点、极值点和极值。分析认为:和开环相比,闭环的弯矩极值较小,但轴力极值较大,二者在底部可取得相同的剪力极值;在水平轴上,二者的弯矩相同,轴力也相同。同时,闭环的3个位移极值均小于开环;沿铅垂轴,闭环和开环顶部相同,且闭环在该处取得极值,开环在水平轴上取得极值;沿水平轴,开环在顶部取得极值;角位移方面,二者在顶部的转角均为零。 相似文献
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