陶瓷／金属热障涂层组合筒的热弹性极限分析

对热障涂层组合筒进行了热弹塑性极限分析，导出了热弹塑性应力分布的计算式，分别就基体内层开始进入塑性及整个基体完全处于塑性两类极限状态下，得到了极限温差，并就ＺｒＯ２／Ｔｉ－６Ａｌ／４Ｖ陶瓷热障涂层给出了计算结果，为热弹涂层材料设计时参数的优化奠定了理论基础。     

涡轮叶片热障涂层隔热性能和应力数值模拟

提高涡轮发动机进口温度是提升航空发动机推重比和热效率的主要手段,但当今先进航空发动机的进口温度已经远远超过了现有涡轮叶片材料的极限温度,发展冷却技术和热障涂层技术成为解决这一问题的关键.在热失配应力下热障涂层界面易出现裂纹的萌生和扩展,会直接导致热障涂层的失效,进而威胁到整个发动机的性能,因此,模拟热障涂层真实服役环境下的温度场和应力场分布,对于预测热障涂层的隔热效率和剥落位置极其重要.该文基于流固耦合的方法,运用商业软件ANASYS CFX模拟了带TBCs的三维涡轮叶片的温度场,并进一步计算了热障涂层的热应力.结果发现热障涂层在叶片前缘和压力面区域有更好的隔热性能,热障涂层在叶根和气膜孔处有更大的应力,是热障涂层剥落的危险区域.     

关于热障涂层工况模拟试验涡轮模型设计的一些探讨

热障涂层是目前保护航空发动机内部热端部件、提高其热效率最常用的方法和发动机必备的关键技术之一.航空发动机热障涂层服役环境极其严苛,其剥落失效面临巨大瓶颈,研制热障涂层服役环境模拟装置是理解热障涂层机制的重点.该文基于航空发动机热障涂层热、力、化多场耦合等实际服役环境,探讨有关热障涂层工况模拟试验用涡轮模型的设计.该模型是热障涂层工况模拟装置的核心模块之一.主要内容如下:(1)基于动力学平衡原理,结合发动机两类叶片数量之比等比例设计导向、工作叶片热障涂层的数量和位置;(2)基于高温燃气与高速旋转交互作用后尾迹、湍流的位置设计导向叶片与工作叶片之间的夹角;(3)基于涡轮叶片高速旋转线速度来设计模型件关键部件,包括导向叶片、工作叶片、涡轮盘的尺寸;(4)基于不同试验目标与测试要求选用不同类型的涡轮模型,第一类模型适用于工作叶片热障涂层的模拟考核与导向叶片热障涂层检测,第二类模型适用于工作叶片热障涂层的检测与机制研究.     

在制备热障涂层过程中系统内残余应力场预测

在热障涂层系统制备工艺冷却过程中，各层材料参数不匹配（如弹性模量、泊松比、热膨胀系数、热传导参数等）将导致其体内各层材料冷却速率不一样，同时在各层界面上热障涂层系统为了保持应变协凋和位移连续，最终在冷却后热障涂层系统各层内均存在热残余应力．通过建立相应的理沦模型得到了热障涂层系统各层热残余应力的解析解表达式．通过计算分析，得到了冷却方式和陶瓷喷涂厚度对各层残余应力的影响．最终希望得到一组最优化工艺参数来指导热障涂层制备工艺和生产．     

热障涂层研究进展

介绍近年来国内外热障涂层的研究状况和发展趋势.通过对热障涂层的材料和结构体系的综述,分析了制备热障涂层的各种技术方法,论述了热障涂层的失效与破坏机理,并且对热障涂层的技术发展与应用前景作了展望.     

航空发动机涡轮叶片热障涂层模拟试验装置

热障涂层是决定未来航空发动机与燃气轮机发展水平的核心技术.涂层剥落失效是热障涂层,尤其是我国热障涂层应用与发展所急需解决的关键问题.服役环境试验模拟装置是解决热障涂层剥落失效问题的必然措施.该文从静态试验模拟装置、动态试验模拟装置两个方面对试验模拟装置的国内外研究现状和发展趋势进行了详细的评述.最后,对航空发动机涡轮叶片热障涂层模拟试验装置的关键科学和技术问题进行了展望.     

热循环下热障涂层中的残余应力场预测

建立了适应于热循环中热应力场的理论模型。分析了热障涂层内的热应力分布场。并计算出一个循环后热障涂层内的残余应力分布。由此可推算经过N次循环后热障涂层中总残余应力值。以达到预测热障涂层寿命的目的。     

基于相场法的高温烧结条件下等离子喷涂热障涂层微结构演化模拟

为提高航空发动机性能,热障涂层被广泛地用于涡轮叶片上.涂层在高温下服役时,会发生烧结,使涂层变得更加致密,从而不可避免地增加了热障涂层的弹性模量和热导系数,强烈地影响了涂层的耐用性、效率和性能.该文针对等离子喷涂制备的热障涂层,建立了涂层的二维真实微结构有限元模型,并运用相场模型研究了在1 400℃烧结条件下涂层微结构随时间演化的动态规律.计算结果表明:在烧结初期,涂层中微裂纹在最窄处迅速愈合,并开始形成不连续的单个小孔隙.烧结中期,前期由微裂纹产生的孔隙不断愈合,或者与相邻孔隙合并.烧结后期,涂层前期微裂纹大都形成了球形,孔隙间相对距离大,较小孔隙主要是以愈合的方式消失,涂层孔隙率随烧结时间的增加先迅速下降后趋于平稳.模拟的结果与实验结果相吻合.     

不同制备工艺的热障涂层高温下TGO生长规律及微观结构的演变分析

热障涂层作为一种耐高温、耐腐蚀的热防护陶瓷材料,被广泛应用于航空发动机的高温部件,改善了发动机的耐高温性能且延长了其服役寿命.在高温服役环境中,由于界面氧化导致的TGO生长是诱发涂层剥落失效的主要原因.剥落失效是制约热障涂层在高性能航空发动机上安全应用的重要瓶颈,因此准确预测高温下热障涂层TGO的生长规律及微观形貌的演变规律对理解热障涂层界面氧化剥落失效至关重要.基于此,该文开展了不同制备工艺热障涂层材料的高温氧化实验,来分析TGO的生长规律以及微观形貌演变规律.实验结果表明:NiCrAlYSi黏结层氧化速率最快,抗氧化性能最差,TGO的生长不规则,氧化后期容易剥落.NiCrAl合金样品在高温下的氧化速率较慢,TGO的生长缓慢,抗氧化性能较好.Pt扩散黏结层的氧化速率介于两者之间,TGO的生长速率缓慢.在分析合金材料氧化的过程中,发现样品表面的粗糙度对TGO的生长有较大的影响,表面粗糙度越小TGO的生长速率越快,与基底的结合性越好.     

先进热障涂层的强韧和破坏机制的标准规范研究

燃气涡轮发动机是高性能航空发动机和重型燃气轮机的主要形式与发展趋势,是体现国家核心竞争力与科技水平的重要标志.热障涂层是提高航空发动机和重型燃气轮机服役温度最切实可行的办法,但热障涂层的应用与发展面临系列挑战,在我国尤为突出,如涂层过早剥落,性能不稳定,承温能力不足等.该文对先进热障涂层的强韧和破坏机制的标准规范研究进行了详细的评述.具体包括:锆钽系涂层有望成为下一代高性能热障涂层,基于铁弹增韧的应变梯度调控的涂层成分与结构设计,基于界面粗糙度与晶粒纳米化的尺度效应的强界面设计,先进热障涂层微结构与强韧及破坏的关联,热障涂层制备装备与跨尺度力学行为的表征技术,跨尺度力学性能与破坏表征的标准规范.最后提出了未来的重点研究方向.     

热障涂层热循环过程中的界面扩散系数

采用磁控溅射力方法在镍基单晶高温合金基体上沉积Ni-30Cr-12Al-0．3Y(质量分数，％)粘结层，采用电束物理气相沉积方法(EB-PVD)沉积7％Y2O3(质量分数，％ZrO2)陶瓷层．对粘结层与陶瓷层界面在1050℃循环100次时的元素扩散，提出了电子探针与最小二乘法相结合的研究方法．求出元素在界面的扩散系数．继续热循环，粘结层中Al贫化．Ni和Cr参与氧化，加速氧化反应，增加氧化膜内应力，使氧化膜破裂、陶瓷层剥落，最终导致热障涂层失效。     

用于热障涂层氧化测量的复阻抗谱中等效电路参数的确定

建立了热障涂层在不同氧化阶段的等效电路,确立了等效电路中各元件参数与阻抗表征值之间的关系,确定了各元件的参数值,以达到对热障涂层微观结构以及TGO(其界面氧化物称为热生成氧化物(TGO))生长过程的检测.运用EQU软件模拟发现,等效电路阻抗谱与实测阻抗谱有很好的一致性,同时等效电路中参数值的计算与模拟的结果符合得很好.     

梁桥与基础共同工作时的 弹塑性地震反应分析①

论述了连续梁桥、墩台、基础共同工作时的弹塑性地震反应分析方法,并以某铁路钢筋混凝土连续梁为例,进行结构的反应谱分析和弹塑性地震反应时程分析。结果表明该方法能充分反映各活动铰支座的移动情况及结构由弹性阶段进入弹塑性阶段的全过程。     

梁桥与基础共同工作时的弹塑性地震反应分析

论述了连续梁桥,墩台,基础共同工作时弹塑性地震反应分析方法,并以某铁路钢筋混凝土连续梁的为例,进行结构的反应谱分析和弹性地震反应时程分析,结果表明该方法能充分反映各活动铰支座的移动情况及结构由弹性阶段进入弹塑性阶段的全过程。     

新戊二醇/蒙脱土复合贮能材料的制备及性能研究

研究了新戊二醇/蒙脱土复合贮能材料的制备方法及其相变动力学.用XRD、IR、DSC等方法对其结构进行了表征,对其贮能性能及相变速率进行了测定.结果表明:该贮能材料具有较快的相变速率、较弱的塑晶失重现象、较高的相转变焓,是一种集新戊二醇潜热贮能性能、蒙脱土显热贮能性能和填料功能于一体的新型的有机/无机纳米复合贮能材料.     

绝缘体内缺陷诊断用调制红外脉冲波的传播特性

用热能波传播微分方程表达调制红外脉冲注入绝缘体内形成热能波传播的热不平衡状态以及绝缘体的热扩散系数,介质的密度,力学性能之间的关系,提供绝缘体中的介质信息传热理论及计算方法.动态响应确定绝缘体和缺陷层的温度分布,采取测量几种不同调制频率下光热辐射信号的振幅、相位以及增加脉冲热能波的峰值强度方法,联立得到相应参数值,确定出缺陷层的未知参数如位置、厚度、热导率、热扩散系数等.尤其适合于层状复合材料、带有表面涂层或镀层及胶合结构存在层间缺陷、空洞、裂纹的无损检验.     

带BRB的新型框架结构滞回性能分析

结合工程实例,对加层后抗侧刚度不足的钢筋混凝土框架结构,采用布置屈曲约束支撑的办法来满足结构弹性位移角限值的设计要求.首先运用ANSYS软件输入地震波对加层结构进行动力时程分析,然后对不满足规范要求的层间位移角限值的楼层布置屈曲约束支撑,再对加支撑结构进行多遇和罕遇地震下的抗震验算.结果表明,布置屈曲约束支撑后,加层结构的层间位移角均能满足规范的要求,最大减幅可达27.5%;罕遇作用下屈曲约束支撑在大部分时间屈服从而达到应力屈服强度（108 Pa）,具有良好的耗能减震性能.     

细陶瓷棒的脉冲热流波动传播行为

用脉冲激光模拟微小圆柱陶瓷棒的脉冲内热源情形,实验研究了脉冲内热源对圆柱陶瓷端面温度场变化施加的影响.实验发现,陶瓷棒端面存在温度波动等非傅里叶导热现象.并且用存在内热源项的双曲导热控制方程和热量波动传播理论解释并定性地模拟了这种非傅里叶导热过程,得到了热流波动传播的实验证据.实验与理论计算结果表明,热弛豫时间τ对微小空间尺度下非均质材料的急速传热过程起着主导作用.