Sm_2Ce_2O_7/8YSZ热障涂层残余热应力及隔热性能计算机模拟

采用ANSYS软件分析了YSZ层厚度对Sm2Ce2O7/8YSZ热障涂层残余热应力的影响以及不同服役环境温度下涂层的隔热性能。结果表明,在涂层内部存在较大的热应力;径向应力及轴向应力在距离模型中心2~17 mm的范围内保持较为稳定的压应力,而在模型边沿处突然增加;当YSZ层厚度为0.9 mm时,涂层中的剪应力沿径向距离逐渐增大,而其他厚度下剪应力在模型边沿处急剧下降。当YSZ层厚度为0.3 mm时,涂层具有最小的热应力,从涂层表面至YSZ/粘结层界面处热应力逐渐降低。整个涂层表现出良好的隔热性能,其隔热性能随服役环境温度增加而增强。     

Sm_2Ce_2O_7-YSZ功能梯度热障涂层热冲击性能计算机模拟

采用有限元技术分析了Sm_2Ce_2O_7-YSZ功能梯度热障涂层的水淬热冲击性能,研究了金属基体材质及尺寸对其热冲击性能的影响。结果表明,在Sm_2Ce_2O_7/YSZ功能梯度热障涂层中存在较大的冲击热应力。涂层径向热应力从中心处到试样边缘逐渐递减。基体的热膨胀系数对涂层冲击应力影响最明显,涂层中热应力随基体厚度增加而增大,但基体厚度超过20 mm后热应力趋于稳定。基体半径超过14 mm后径向应力不再增大,基体半径超过10 mm后轴向应力和剪切应力不再降低。与Sm_2Ce_2O_7涂层相比,Sm_2Ce_2O_7-YSZ功能梯度涂层具有最大热应力,其结构仍需要进一步优化。     

不同基体材质的Sm_2Ce_2O_7涂层热冲应力的数值模拟

采用ANSYS软件对Ni、45钢、SiC_f/SiC、2Cr13、1Cr13Ni9Ti五种不同基体Sm_2Ce_2O_7涂层的热冲击应力进行了计算,系统研究了基体材质对热应力的影响规律。结果表明,不同基体材质涂层均存在较大的热应力,最大热应力绝对值出现在热冲击瞬间,35 s后趋于稳定,径向应力的影响远大于轴向与剪切方向;径向应力在横向距离小于12mm时保持稳定,横向距离在12～18 mm范围内,应力梯度逐渐增大;SiC_f/SiC基体在表面及表面层/粘结层界面的应力状态为压应力,且表面径向、表面及表面层/粘结层界面的轴向应力梯度均低于其他基体涂层,有利于界面的结合及防止横向裂纹的扩展;热膨胀系数的差异造成SiC_f/SiC基体涂层与其他金属基体涂层的体积形变方向不一致,同时粘结层/基体界面应力绝对值及应力梯度略大于2Cr13基体涂层,基体的热膨胀系数是影响热冲击性能的关键因素之一。     

基体条件对Sm2Zr2O7/YSZ双陶瓷层热障涂层界面残余热应力的影响

采用有限元分析软件ANSYS对等离子喷涂Sm2Zr2O7/YSZ双陶瓷层热障涂层界面残余热应力分布进行了数值仿真。结果表明:基体厚度不同时,涂层界面Sm2Zr2O7/YSZ及界面YSZ/NiCoCrAlY对应应力及应力梯度基本不变,表明应力及应力梯度与基体厚度无关;但基体材质热膨胀系数对涂层系统界面的径向、轴向及剪切应力梯度有决定性的影响,且各应力梯度随金属基体的热膨胀系数差异增加而增大,表明基体材质是影响涂层界面径向残余热应力及应力梯度的根本原因。采用多层陶瓷结构并合理选择各层材质的热膨胀系数将更加有利于降低涂层应力梯度,进而改善涂层性能,延长涂层寿命。     

大气等离子喷涂ZrO_2与Sm_2Zr_2O_7热障涂层的热冲击性能

采用ANSYS软件计算了等离子喷涂Sm2Zr2O7和ZrO2热障涂层的冲击热应力,并与试验结果进行了对比。结果表明,涂层表面存在较大的径向冲击热应力,该应力在冷却5秒后达到最大值后趋于平稳,并在距离试样中心12mm处急剧下降。在表面陶瓷层/金属粘结层界面处亦存在较大的冲击热应力梯度。由于Sm2Zr2O7涂层中较大的热冲击应力使得其抗热冲击性能低于ZrO2涂层,试验结果与有限元计算结果吻合良好。     

基体条件对等离子喷涂Sm_2Zr_2O_7热障涂层热冲击性能的影响

采用有限元分析软件ANSYS对等离子喷涂Sm2Zr2O7热障涂层在金属基体材质类型、厚度、半径变化时涂层的冲击热应力进行了分析。结果表明,涂层表面及表面层/金属粘结层界面处热应力及其应力梯度随着金属基体热膨胀系数增加而增大。当基体厚度超过20mm后,其对冲击热应力的影响基本可以忽略。当基体半径达到28mm后,涂层最大径向冲击热应力趋于稳定,最大轴向热应力随基体半径增加逐渐减小,最大剪切应力不受基体半径的影响。     

不同基体条件下Sm_2Zr_2O_7/YSZ热障涂层的残余应力

采用有限元法研究了基体条件对等离子喷涂Sm2Zr2O7/YSZ双陶瓷层热障涂层涂层的残余热应力,并与单一Sm2Zr2O7涂层进行了比较。计算结果表明,涂层的残余热应力随金属基体的热膨胀系数增加而增大,当基体厚度超过25mm后,径向应力不再变化,基体半径对涂层残余应力的影响可以忽略。Sm2Zr2O7/YSZ涂层的热应力明显小于单一的Sm2Zr2O7涂层,增加涂层的层数可缓解残余热应力。     

单层厚度对Sm2Zr2O7/8YSZ热障涂层残余热应力的影响

采用有限单元法研究了金属粘结层厚度、热生长氧化层厚度及陶瓷层厚度对Sm2Zr2O7/8YSZ双陶瓷层热障涂层残余热应力的影响。结果表明,金属粘结层厚度为0.1mm时,涂层径向应力最小。涂层径向应力随热生长氧化层的厚度的增加而减小。当YSZ厚度在0.1～0.5mm之间时,径向热应力随YSZ厚度增加而增大,超过0.5mm后应力基本不再变化。陶瓷层最佳厚度组合是0.1mmYSZ+0.9mmSm2Zr2O7。     

等离子喷涂Sm_2Zr_2O_7热障涂层残余热应力

采用有限元分析软件ANSYS对等离子喷涂Sm2Zr2O7热障涂层在金属基体材质类型、厚度、半径变化时涂层的残余热应力进行了分析。结果表明,金属基体的热膨胀系数对Sm2Zr2O7热障涂层的残余热应力有着显著影响,金属粘结层与表面陶瓷层界面处的残余应力及其应力梯度随着金属基体热膨胀系数增加而增大。金属基体厚度和半径不是影响Sm2Zr2O7热障涂层残余应力的主要因素。     

基于不同基体条件的Sm2Zr2O7/YSZ双层热障涂层界面残余热应力的数值仿真

采用有限元分析软件ANSYS对2Cr13基体等离子喷涂Sm2Zr2O7/YSZ双层热障涂层界面残余热应力分布进行了仿真。结果表明:在涂层Sm2Zr2O7/YSZ及YSZ/NiCoCrAlY界面存在较大的残余热应力,且应力梯度基本不变,表明应力梯度与基体厚度、半径无关。     

氧化铝陶瓷降温过程中残余应力形成的计算机仿真分析

本文采用ANSYS软件,对大尺寸氧化铝陶瓷原板烧成降温过程中形成的残余应力进行仿真分析。通过分析得到,陶瓷残余应力的形成主要是由于烧成后高温蠕变产生的应力松弛导致的。在高温段存在较大的温度梯度和热应力,进而导致蠕变发生,引起应力松弛。随着温度降低,蠕变停止,应力随温度梯度减小而增大,当降到室温时,温度梯度消失,应力被保存下来。在沿径向和垂直于径向存在较大的残余应力。径向方向残余应力且从中心(50.5MP)向外衰减(0.235MP);垂直于径向方向从中心(50.5MP)向外衰减(-101MP)。     

换热器壳体不均匀温度场的热应力解析分析

为了评估固定管板式换热器壳程圆筒体的安全强度,针对换热器壳体中的周向、轴向和径向三维不均匀温度场,总结了根据各自一维温度场模型由相应的解析式求解其热应力的方法。该方法简单易行、安全可靠,可便捷地得到比通常有限元应力分析方法更经济合理的设计结果。案例分析表明,一般的换热器圆筒体周向温差引起的轴向热应力大于轴向温差引起的轴向热应力,且该轴向应力可能出现拉应力和压应力交替间隔分布的状况。     

激光强化电刷镀n-Al2O3/Ni复合镀层残余应力研究

利用Nd3+:YAG激光器对电刷镀过程进行强化,在45钢上制备了n-Al2O3/Ni复合镀层。采用X射线衍射法测定了镀层的轴向残余应力及其随镀层厚度变化情况。结果表明,镀层厚度从10μm增加到200μm,激光强化电刷复合镀层的轴向残余应力由压应力逐渐转变为拉应力。当激光功率为600W时,厚度为200μm的镀层的残余应力为103MPa,比普通电刷镀层降低约255MPa。分析了激光对n-Al2O3/Ni电刷复合镀层轴向残余应力的影响机理。     

陶瓷涂层的残余应力评价及其尺寸效应

当一个平直长条试样镀上单面涂层后,往往因为膨胀系数不匹配而在涂层和基体内形成残余应力并产生弯曲变形,通过变形后的曲率半径以及涂层与基体的厚度参数可以计算出涂层内的残余应力,这种方法也称为Stoney方法,相应的弯曲变形样品定义为Ⅰ型涂层,而不产生弯曲变形涂层构件定义为Ⅱ型涂层。由于残余应力不是材料常数,用Stoney方法测到的Ⅰ型涂层残余应力并不代表Ⅱ型涂层的残余应力,而实际工程中绝大部分涂层属于Ⅱ型。如果能建立Ⅰ型涂层残余应力与Ⅱ型涂层之间的关系,就可以通过Stoney方法评价任意构件涂层的残余应力。本研究基于相对法导出了两种类型之间的关系以及Ⅱ型涂层残余应力计算公式,测定了金属基体上对称热障涂层的残余应力。结果表明,该方法简单易行,解决了现实中各种无弯曲变形的实际构件的残余应力评估。     

表面处理对氮化硅陶瓷力学性能的影响

采用X射线衍射应力分析的sin2ψ法计算了Si3N4陶瓷试样的残余应力，并分别测量了表面处理前后Si3N4试样的力学性能。结果表明，经平面磨削后的Si3N4试样表面残余应力为拉应力，而抛光处理可适当降低残余应力。两种方法都使试样抗弯强度降低。     

不锈钢蜂窝夹套填角焊残余应力分布状态

应用有限元法对304不锈钢蜂窝夹套填角焊残余应力进行分析,考虑材料参数随温度的变化以及对流和辐射的影响,获得了蜂窝夹套填角焊残余应力的分布规律。结果表明,接头处残余应力分布不均匀,最大轴向残余应力位于蜂窝孔的中心位置,最大径向应力位于焊点与蜂窝板结合处。     

狭缝对透气砖热应力影响的模拟研究

对透气砖吹氩时热应力模拟计算,探索狭缝对透气砖热应力影响,寻求合理的狭缝布置提高透气砖使用寿命.首先,在保持固定的狭缝尺寸与位置的前提下建立径向与切向两种狭缝布置形式钢包透气砖物理模型,然后设置合适的边界条件,计算在吹氩时两种模型整体应力及轴向不同位置路径热应力分布.研究发现:两种狭缝形式的透气砖在工作面附近都有明显应力梯度;狭缝径向布置与切向布置时轴中心区域在相同路径上应力最大值比较,前者是后者的3到6倍;切向狭缝截面中心呈现较低应力,狭缝至截面边缘的区域应力较高,而狭缝径向布置时截面上狭缝之间的位置呈现出一个应力较高的环形区域.     

高分子增韧剂对硝胺发射药抗冲击性能的影响

为了改善硝胺发射药的抗冲击性能,以一种硝胺发射药(RP5)药片为原料,分别采用低聚合度油状聚叠氮缩水甘油醚(GAP)和一种高聚合度聚氨酯为增韧剂,制备了不同增韧剂含量的硝胺发射药试样。采用落锤冲击试验机和摆锤冲击试验机分别测试了硝胺发射药试样的轴向和径向抗冲击强度。结果表明,径向方向,加入质量分数1%的GAP和质量分数3%的聚氨酯增韧剂均使硝胺发射药试样的抗冲击性能提升约20%;轴向方向,聚氨酯增韧的硝胺发射药试样在低温下的抗冲击性能更优。     

热冲击作用下厚壁圆筒自紧残余应力的再分布规律

本文针对厚壁圆筒,通过30Cr Ni Mo8钢试样的热冲击有限元模拟,解释热冲击对自紧残余应力再分布的影响机制,找出热冲击作用下自增强残余应力再分布规律。     

等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层的研究

研究等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层的抗热震性能,分析并计算等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层和AlAl2O3涂层中的残余应力,得出了两种涂层的应力分布,测试了TiO2含量对Al2O3陶瓷涂层性能的影响,检验了影响涂层质量的工艺参数.