本发明专利技术涉及仿真分析技术领域，具体为一种双层涂层分层缺陷仿真模型搭建及力学行为分析方法，具体步骤：步骤(一)依据圆柱形基体以及覆盖在圆柱形基体上的第一涂层、第二涂层，在ABAQUS仿真软件中进行1：1模型搭建；步骤(二)在ABAQUS仿真软件内的材料管理器中分别建立基体、第一层涂层、第二层涂层、内聚力单元的材料属性；步骤(三)在ABAQUS仿真软件内的分析模块中打开分析步管理器建立分析步，在场输出管理器中设置场输出；步骤(四)在ABAQUS仿真软件内的约束管理器中建立刚体约束，在载荷模块中打开边界条件管理器创建边界条件。本发明专利技术有助于指导涂层缺陷分析、检测及修复，降低了试验探索成本。试验探索成本。试验探索成本。
【技术实现步骤摘要】
一种双层涂层分层缺陷仿真模型搭建及力学行为分析方法
[0001]本专利技术涉及仿真分析
，具体为一种双层涂层分层缺陷仿真模型搭建及力学行为分析方法。
技术介绍
[0002]由多层多界面、多种材料构成的复杂体系功能涂层具有防止飞机蒙皮腐蚀受损、提高飞机生存能力和作战效能的功能，对其物理机械性能和使用可靠性有着较高的要求。然而在服役过程中，多层涂层体系内部容易产生分层缺陷，分层缺陷会引发涂层脱落，威胁飞行安全，但由于分层缺陷位于涂层内部，不易进行直观的检测与修复，因此需对涂层分层缺陷进行失效分许，探索分层缺陷对涂层结合力的影响规律，为涂层缺陷分析、检测及修复提供理论基础。
[0003]近年来，内聚力单元、扩展有限元等仿真分析方法已广泛应用于涂层分层缺陷失效分析中，但大多针对涂层与基体之间的分层缺陷，很少有进行两层涂层之间界面的失效仿真分析。并且目前的研究均是建立二维仿真模型，没有建立三维模型进行拉开法过程的模拟，致使无法直接模拟出涂层结合力的数值变化。另外现阶段的研究很少在涂层模型中引入预制分层缺陷模型，也不能对分层缺陷模型的大小进行更改设置。
技术实现思路
[0004]针对上述技术问题，本专利技术提出了一种双层涂层分层缺陷仿真模型搭建及力学行为分析方法。为涂层分层缺陷失效分析提供了快速便捷的分析方法，有助于指导涂层缺陷分析、检测及修复，降低试验探索成本。
[0005]本专利技术所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
[0006]一种双层涂层分层缺陷仿真模型搭建及力学行为分析方法，步骤如下：
[0007]步骤(一)依据圆柱形基体以及覆盖在圆柱形基体上的第一涂层、第二涂层，在ABAQUS仿真软件中进行1：1模型搭建，包括圆柱形基体搭建、涂层搭建、定义分层缺陷模型；
[0008]步骤(二)在ABAQUS仿真软件内的材料管理器中分别建立基体、第一层涂层、第二层涂层、内聚力单元的材料属性；
[0009]步骤(三)在ABAQUS仿真软件内的分析模块中打开分析步管理器建立分析步，在场输出管理器中设置场输出；
[0010]步骤(四)在ABAQUS仿真软件内的约束管理器中建立刚体约束，在载荷模块中打开边界条件管理器创建边界条件；
[0011]步骤(五)在ABAQUS仿真软件内的作业模块中打开作业管理器建立新的作业并提交，然后在作业编辑页面中点开并行标签，开始运算；
[0012]步骤(六)分别按照上述步骤，建立半径为1～9mm分层缺陷模型并对拉拔过程进行仿真模拟，然后针对仿真结果进行分析得出：半径为1～5mm的缺陷对第一涂层与第二涂层之间的结合力的影响较小，半径为6～9mm的缺陷对第一涂层与第二涂层之间的结合力的影
响较大。
[0013]优选地，步骤(一)中圆柱形基体的尺寸为φ20mm
×
30mm，第一涂层的厚度为0.5mm，第二涂层的厚度为0.06mm。
[0014]优选地，步骤(一)中圆柱形基体搭建的具体过程为：
[0015]点击ABAQUS仿真软件内的部件模块中的创建部件按钮，设置模型的基本特征为三维可变形实体，选择拉伸类；
[0016]点击草图进入二维平面图绘制界面，绘制圆柱形基体的平面图，点击构造圆按钮，绘制半径为10mm的圆。截面草图绘制完成后，在弹出的对话框中设置圆柱厚度为30mm，完成φ20mm
×
30mm的圆柱形基体搭建。
[0017]优选地，步骤(一)中涂层搭建的具体过程为：
[0018]创建与圆柱中轴线平行的参考线，沿圆柱侧面向内建立距端面垂直距离为0.5mm和0.56mm的参考点；
[0019]沿着参考线按照参考点对圆柱进行剖分，得到3层圆柱，第一层为0.5mm厚度的涂层，第二层为厚度为0.06mm的涂层，第三层为基体。
[0020]优选地，步骤(一)中定义分层缺陷模型的具体过程为：
[0021]点击草图，进入二维平面绘制界面，绘制1～9mm大小与圆柱同心的圆，以辅助网格划分；
[0022]点击网格步骤中的创新网格按钮，生成网格；
[0023]为了在第一层涂层与第二层涂层之间引入分层缺陷，在第二个涂层端面使用offset指令偏移形成一层内聚力单元，厚度定义为0，内聚力单元代表两个涂层结合面；
[0024]使用网格编辑工具，将中心直径与圆柱同尺寸的区域的网格删除，代表对应的缺陷。
[0025]优选地，步骤(二)中圆柱形基体、第一涂层、第二涂层的材料属性包括弹性模量和泊松比。
[0026]优选地，步骤(二)中内聚力单元的材料属性包括法向应力、剪切应力、弹性模量、x方向剪切模量、y方向剪切模量、粘性系数。
[0027]优选地，步骤(三)中建立分析步的具体过程为：创建通用的动力显式分析步step
‑
1，最大增量步数设置为1000，增量步大小最大为0.05，将分析时间长度设置为1。
[0028]优选地，步骤(三)中设置场输出的具体过程为：创建F
‑
Output
‑
1，设置作用区域为整个模型，设置输出变量状态为E、S、SDEG、STATUS。
[0029]优选地，步骤(四)中创建的边界条件包括圆柱形基体边角条件BC
‑
1、涂层边界条件BC
‑
2。
[0030]本专利技术的有益效果是：
[0031]1、本专利技术的仿真建模对象为两层涂层之间的分层缺陷，能够仿真模拟不同大小分层缺陷下两个涂层之间结合力的变化规律。
[0032]2、本专利技术采用在两个涂层之间建立0厚度的内聚力单元，代表两个涂层之间结合面，以内聚力单元在约束力作用下的力学行为代表了两个涂层之间结合力。
[0033]3、本专利技术通过在内聚力单元上删除半径为1～9mm大小的网格，以此模拟半径为1～9mm大小的分层缺陷，并分别对1～9mm大小的分层缺陷进行仿真模拟，通过分析仿真结果
能够得到不同大小分层缺陷下两个涂层之间结合力的变化规律。
[0034]4、本专利技术有助于指导涂层缺陷分析、检测及修复，降低了试验探索成本。
附图说明
[0035]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明：
[0036]图1为本专利技术的流程图；
[0037]图2为本专利技术中仿真模型示意图；
[0038]图3为本专利技术中2mm缺陷内聚力单元示意图；
[0039]图4为本专利技术仿真结果示意图。
具体实施方式
[0040]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图以及实施例对本专利技术进一步阐述。
[0041]如图1所示，一种双层涂层分层缺陷仿真模型搭建及力学行为分析方法，步骤如下：
[0042]步骤(一)模型搭建
[0043]依据实际仿真对象形状尺寸在ABAQUS仿真软件中建立1：1模型。本专利技术仿真对象为φ20mm
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30m本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种双层涂层分层缺陷仿真模型搭建及力学行为分析方法，其特征在于：步骤如下：步骤(一)依据圆柱形基体以及覆盖在圆柱形基体上的第一涂层、第二涂层，在ABAQUS仿真软件中进行1：1模型搭建，包括圆柱形基体搭建、涂层搭建、定义分层缺陷模型；步骤(二)在ABAQUS仿真软件内的材料管理器中分别建立基体、第一层涂层、第二层涂层、内聚力单元的材料属性；步骤(三)在ABAQUS仿真软件内的分析模块中打开分析步管理器建立分析步，在场输出管理器中设置场输出；步骤(四)在ABAQUS仿真软件内的约束管理器中建立刚体约束，在载荷模块中打开边界条件管理器创建边界条件；步骤(五)在ABAQUS仿真软件内的作业模块中打开作业管理器建立新的作业并提交，然后在作业编辑页面中点开并行标签，开始运算；步骤(六)分别按照上述步骤，建立半径为1～9mm分层缺陷模型并对拉拔过程进行仿真模拟，然后针对仿真结果进行分析得出：半径为1～5mm的缺陷对第一涂层与第二涂层之间的结合力的影响较小，半径为6～9mm的缺陷对第一涂层与第二涂层之间的结合力的影响较大。2.根据权利要求1所述的一种双层涂层分层缺陷仿真模型搭建及力学行为分析方法，其特征在于：步骤(一)中圆柱形基体的尺寸为φ20mm
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30mm，第一涂层的厚度为0.5mm，第二涂层的厚度为0.06mm。3.根据权利要求1所述的一种双层涂层分层缺陷仿真模型搭建及力学行为分析方法，其特征在于：步骤(一)中圆柱形基体搭建的具体过程为：点击ABAQUS仿真软件内的部件模块中的创建部件按钮，设置模型的基本特征为三维可变形实体，选择拉伸类；点击草图进入二维平面图绘制界面，绘制圆柱形基体的平面图，点击构造圆按钮，绘制半径为10mm的圆；截面草图绘制完成后，在弹出的对话框中设置圆柱厚度为30mm，完成φ20mm
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30mm的圆柱形基体搭建。4.根据权利要求1所述的一种双层涂层分层缺陷仿真模型搭建及力学行为分析方法，其特征在于：步骤(一)中涂层搭建的具体过程为：创建与圆柱中轴线平行的参考线，沿圆柱侧面向内建立距端面垂直距离为0...
【专利技术属性】
技术研发人员：李萌，于佳利，段本方，陈云鹏，邹亚玲，
申请(专利权)人：国营芜湖机械厂，
类型：发明
国别省市：
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