涉及氧化层动态生长的涂层失效分析方法、装置及设备制造方法及图纸

本发明专利技术涉及界面应力应变模拟领域，特别公开了一种涉及氧化层动态生长的涂层失效分析方法，通过接收模拟自变量，所述模拟自变量包括积分点坐标、温度及热暴露时间；根据所述模拟自变量，通过预设的氧化层厚度

【技术实现步骤摘要】
涉及氧化层动态生长的涂层失效分析方法、装置及设备


[0001]本专利技术涉及界面应力应变模拟领域，特别是涉及一种涉及氧化层动态生长的涂层失效分析方法、装置、设备及计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]热障涂层常常涂覆于航空发动机燃烧室、涡轮叶片等热端部件表面，在服役过程中需要承受严苛的高温载荷。热障涂层的失效机理较为复杂，通常认为其主要由层间热不匹配应力和界面氧化生长应力共同主导的界面裂纹萌生和扩展引起。目前，受限于计算手段的限制，多数研究工作中仅依靠分析不同界面氧化层厚度导致的热障涂层应力分布规律变化，对其可能存在的失效模式的主控参量进行分析，而忽略了界面氧化生长应力的影响，因此得到的分析结果与试验结果存在一定差距。
[0003]因此，为弥补上述技术的不足，需要一种能够考虑涂层界面氧化生长应力应变的分析方法，提升涂层失效预测的准确性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种涉及氧化层动态生长的涂层失效分析方法、装置、设备及计算机可读存储介质，以解决现有技术中无法定量评价界面氧化生长对涂层应力应变及失效破坏行为的影响，因此对涂层损伤失效的预测准确性较低的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种涉及氧化层动态生长的涂层失效分析方法，包括：
[0006]接收模拟自变量，所述模拟自变量包括积分点坐标、温度及热暴露时间；
[0007]根据所述模拟自变量，通过预设的氧化层厚度
‑
温度
‑
热暴露时间函数，确定目标氧化层厚度；
[0008]将所述目标氧化层厚度输入受试热障涂层的有限元模型中，使所述有限元模型中的氧化层根据所述目标氧化层厚度沿界面法线方向生长，并结合预设的边界条件输出对应的膨胀应力应变场数据；
[0009]根据所述模拟自变量及所述边界条件确定热不匹配应力应变场数据；
[0010]根据所述膨胀应力应变场数据及所述热不匹配应力应变场数据确定涂层损伤失效状态。
[0011]可选地，在所述的涉及氧化层动态生长的涂层失效分析方法中，所述有限元模型沿厚度方向依次包括陶瓷层、氧化层、粘结层及基体层；
[0012]相邻的层的接触区域沿厚度方向网格加密。
[0013]可选地，在所述的涉及氧化层动态生长的涂层失效分析方法中，在确定所述涂层损伤失效状态之前，包括：
[0014]根据所述模拟自变量及边界条件，通过所述陶瓷层与所述氧化层之间的界面插入的内聚力单元，确定界面开裂数据；
[0015]相应地，所述根据所述膨胀应力应变场数据及所述热不匹配应力应变场数据确定涂层损伤失效状态包括：
[0016]根据所述膨胀应力应变场数据、所述界面开裂数据及所述热不匹配应力应变场数据确定涂层损伤失效状态。
[0017]可选地，在所述的涉及氧化层动态生长的涂层失效分析方法中，在确定所述涂层损伤失效状态之前，包括：
[0018]根据所述模拟自变量及边界条件，通过所述陶瓷层内部的富集单元，确定裂纹萌生及扩展数据；
[0019]相应地，所述根据所述膨胀应力应变场数据及所述热不匹配应力应变场数据确定涂层损伤失效状态包括：
[0020]根据所述膨胀应力应变场数据、所述裂纹萌生及扩展数据及所述热不匹配应力应变场数据确定涂层损伤失效状态。
[0021]可选地，在所述的涉及氧化层动态生长的涂层失效分析方法中，当所述氧化层属于整体均匀增长时，所述目标氧化层厚度的获得方法包括：
[0022]ε
ox1
＝K(t)
n
[0023]其中，ε
ox1
为整体均匀增长情况下的目标氧化层厚度，K为氧化生长系数，t为高温热暴露时长，n为氧化生长指数。
[0024]可选地，在所述的涉及氧化层动态生长的涂层失效分析方法中，当所述氧化层属于波峰非均匀增长时，所述目标氧化层厚度的获得方法包括：
[0025][0026]其中，ε
ox2
为波峰非均匀增长情况下的目标氧化层厚度，K
top
为波峰氧化层生长系数，K
average
为平均氧化层生长系数，t为热暴露时长，n为氧化生长指数，x为目标物质点坐标，λ为界面的半波长。
[0027]可选地，在所述的涉及氧化层动态生长的涂层失效分析方法中，当所述氧化层属于波谷非均匀增长时，所述目标氧化层厚度的获得方法包括：
[0028][0029]其中，ε
ox3
为波谷非均匀增长情况下的目标氧化层厚度，K
valley
为波谷氧化层生长系数，K
average
为平均氧化层生长系数，t为热暴露时长，n为氧化层生长指数，x为目标物质点坐标，λ为界面的半波长。
[0030]可选地，在所述的涉及氧化层动态生长的涂层失效分析方法中，当所述氧化层属于整体非均匀增长时，所述目标氧化层厚度的获得方法包括：
[0031][0032]其中，ε
ox4
为波整体非均匀增长情况下的目标氧化层厚度，K
valley
为波谷氧化层生
长系数，K
top
为波峰氧化层生长系数，K
average
为平均氧化层生长系数，t为热暴露时长，n为氧化层生长指数，x为目标物质点坐标，λ为界面的半波长。
[0033]一种涉及氧化层动态生长的涂层失效分析装置，包括：
[0034]接收模块，用于接收模拟自变量，所述模拟自变量包括积分点坐标、温度及热暴露时间；
[0035]氧化厚度模块，用于根据所述模拟自变量，通过预设的氧化层厚度
‑
温度
‑
热暴露时间函数，确定目标氧化层厚度；
[0036]膨胀应力应变模块，用于将所述目标氧化层厚度输入受试热障涂层的有限元模型中，使所述有限元模型中的氧化层根据所述目标氧化层厚度沿界面法线方向生长，并结合预设的边界条件输出对应的膨胀应力应变场数据；
[0037]热不匹配模块，用于根据所述模拟自变量及所述边界条件确定热不匹配应力应变场数据；
[0038]损伤失效计算模块，用于根据所述膨胀应力应变场数据及所述热不匹配应力应变场数据确定涂层损伤失效状态。
[0039]一种涉及氧化层动态生长的涂层失效分析设备，包括：
[0040]存储器，用于存储计算机程序；
[0041]处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述任一种所述的涉及氧化层动态生长的涂层失效分析方法的步骤。
[0042]本专利技术所提供的涉及氧化层动态生长的涂层失效分析方法，通过接收模拟自变量，所述模拟自变量包括积分点坐标、温度及热暴露时间；根据所述模拟自变量，通过预设的氧化层厚度
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温度
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热暴露时间函数，确定目标氧化层厚度；将所述目标氧化层厚度输入受试热障涂层的有限元模型中，使所述有限元模型中的氧化层根据所述目标氧化层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涉及氧化层动态生长的涂层失效分析方法，其特征在于，包括：接收模拟自变量，所述模拟自变量包括积分点坐标、温度及热暴露时间；根据所述模拟自变量，通过预设的氧化层厚度
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温度
‑
热暴露时间函数，确定目标氧化层厚度；将所述目标氧化层厚度输入受试热障涂层的有限元模型中，使所述有限元模型中的氧化层根据所述目标氧化层厚度沿界面法线方向生长，并结合预设的边界条件输出对应的膨胀应力应变场数据；根据所述模拟自变量及所述边界条件确定热不匹配应力应变场数据；根据所述膨胀应力应变场数据及所述热不匹配应力应变场数据确定涂层损伤失效状态。2.如权利要求1所述的涉及氧化层动态生长的涂层失效分析方法，其特征在于，所述有限元模型沿厚度方向依次包括陶瓷层、氧化层、粘结层及基体层；相邻的层的接触区域沿厚度方向网格加密。3.如权利要求2所述的涉及氧化层动态生长的涂层失效分析方法，其特征在于，在确定所述涂层损伤失效状态之前，包括：根据所述模拟自变量及边界条件，通过所述陶瓷层与所述氧化层之间的界面插入的内聚力单元，确定界面开裂数据；相应地，所述根据所述膨胀应力应变场数据及所述热不匹配应力应变场数据确定涂层损伤失效状态包括：根据所述膨胀应力应变场数据、所述界面开裂数据及所述热不匹配应力应变场数据确定涂层损伤失效状态。4.如权利要求2所述的涉及氧化层动态生长的涂层失效分析方法，其特征在于，在确定所述涂层损伤失效状态之前，包括：根据所述模拟自变量及边界条件，通过所述陶瓷层内部的富集单元，确定裂纹萌生及扩展数据；相应地，所述根据所述膨胀应力应变场数据及所述热不匹配应力应变场数据确定涂层损伤失效状态包括：根据所述膨胀应力应变场数据、所述裂纹萌生及扩展数据及所述热不匹配应力应变场数据确定涂层损伤失效状态。5.如权利要求1所述的涉及氧化层动态生长的涂层失效分析方法，其特征在于，当所述氧化层属于整体均匀增长时，所述目标氧化层厚度的获得方法包括：ε
ox1
＝K(t)
n
其中，ε
ox1
为整体均匀增长情况下的目标氧化层厚度，K为氧化生长系数，t为高温热暴露时长，n为氧化生长指数。6.如权利要求1所述的涉及氧化层动态生长的涂层失效分析方法，其特征在于，当所述氧化层属于波峰非均匀增长时，所述目标氧化层厚度的获得方法包括：
其中，ε
...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋佳楠，卢知来，黄佳，李少林，陈思雨，夏建芳，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：