TGO厚度和界面形貌对新型涂层双管系统应力分布的影响

以700℃新型涂层双管系统为研究对象,采用有限元顺次耦合的计算方法,开展了热机载荷作用下TGO厚度和界面形貌对系统应力分布的影响研究。结果表明:TGO的厚度与其界面粗糙度均会对系统的Mises应力分布产生影响,但是与TGO厚度相比,粗糙度对TGO/BC界面靠近波峰处的Mises应力影响更加显著。此外,在TGO界面幅值和波长一定的条件下,不同的界面波形排列不会直接影响系统TGO/BC界面波峰处的Mises峰值应力;由于幅值和波长变化有效地改变了TGO界面的曲率,它们是控制涂层双管系统TGO/BC界面应力分布的关键特征参量。     

考虑微结构构型的新型高效涂层双管系统传热和应力分析

采用有限元顺次耦合的方法,开展了热机载荷作用下含微结构构型的新型高效涂层双管系统传热和应力分析,初步研究了关键特征参量对系统传热和应力分布的影响。结果表明：在稳态工作条件下,热障涂层为主蒸汽管道提供了足够的隔热保护,但由温度梯度产生的热应力对系统结构完整性产生了很大影响;系统中环向应力远大于径向应力,最大环向应力出现在TGO/BC余弦界面靠近TGO侧的波峰处;此外,TC层厚度、TC层热膨胀系数、冷却蒸汽的温度和压力决定了系统的传热和应力分布。     

700℃新型涂层双管系统关键特征参数分析及结构优化

以含双陶瓷结构的700℃新型涂层双管系统为研究对象，采用有限元顺次耦合的计算方法，研究了关键特征参数对系统传热与应力分布的影响。在此基础上，基于MATLAB与ABAQUS平台，开发了一种优化算法与有限元相结合的多层异质涂层系统结构优化设计方法，用以确定涂层双管系统的最优几何结构尺寸与材料物理性能参数。结果表明：陶瓷层厚度比、外陶瓷层导热系数、热膨胀系数、冷却蒸汽温度和压力均会对涂层双管系统的温度和应力分布产生重要影响；系统结构优化前后，P91钢管内表面温度下降约27℃，系统中热生长氧化物与粘接层界面处的最大Mises应力下降约151 MPa，这表明当前提出的系统结构优化方法可以用于自动确定多层异质涂层系统的最优关键特征参数。