【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空航天发动机，具体涉及一种考虑多失效因素的热障涂层损伤模型建立方法，用以构建服役载荷与涂层剥落寿命的关联。
技术介绍
1、热障涂层的使用可提升航空发动机热端部件耐温能力，从而延长服役寿命提高发动机总体性能和热效率。涂层内部应力水平发展引起的破碎或剥落是热障涂层失效的主要表现形式。如何准确预测热障涂层服役寿命，进而降低工程应用风险并最大限度发挥其性能优势与潜力，已成为涂层选材、结构设计以及发动机寿命管理、维修保障等所面临的关键技术之一。
2、目前现有技术可以有效评估涂层系统在特定工况下的损伤情况，但是部分方法存在操作难度较大且失效判据量化不严谨，误差较大工程有效性不理想的问题。此外，损伤参数力学表征缺乏实际意义，不能充分反应失效机理。因此，本专利技术旨在结合不同载荷条件，建立考虑氧化、热循环及高温烧结损伤的热障涂层非线性累积损伤模型。
技术实现思路
1、为克服现有技术的不足，本专利技术提供一种考虑多失效因素的热障涂层损伤模型建立方法，能够充分反映热障涂层在服役工况下的失效机理，为热障涂层寿命预测提供基本输入数据。
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种考虑多失效因素的热障涂层损伤模型建立方法，用以研究热障涂层在服役工况下损伤的非线性累积。通过三维数字图像相关(3d-dic)技术进行非接触式全应变场测量，获取不同热处理试验件在单轴压缩载荷下的临界压缩应变，结合屈曲理论分析，建立考虑氧化、热循环及高温烧结损伤的非线性
4、一种考虑多失效因素的热障涂层损伤模型建立方法，包括如下步骤：
5、步骤1、对采用电子束物理气相沉积技术喷涂热障涂层的沙漏型试验件开展不同温度和热载荷谱的等温/循环氧化试验，并测试涂层微观结构特征及力学性能；
6、步骤2、对进行等温/循环氧化热处理后的沙漏型试验件开展室温单轴压缩试验，通过恒定速率控制加载过程，同时利用三维非接触式全场应变测量技术获取涂层临界压缩应变；
7、步骤3、针对涂层的两种不同屈曲剥落形式，结合弹性屈曲理论模型建立界面损伤表征模型；
8、步骤4、结合载荷条件，建立考虑氧化、热循环及高温烧结损伤的热障涂层非线性累积损伤模型，为热障涂层寿命预测提供基本输入数据。
9、进一步地，所述步骤3中，室温压缩试验件采用圆泡型屈曲损伤表征模型，表示如下：
10、
11、其中，d为界面损伤，νtc为陶瓷层的泊松比，为制备态下的圆泡型等效层离区初始半径，htc为陶瓷层的厚度，εcrit,c为涂层表面临界压缩应变，εr为制备态温度冷却至室温后产生的各向同性初始残余应变；
12、自发剥落试验件采用直边泡型屈曲损伤表征模型，表示如下：
13、
14、其中，为制备态直边泡型等效层离区初始宽度；
15、初始残余应变εr通过热失配应变估算：
16、εr＝[αsub(tfree)-αtc(tfree)](tfree-tref)
17、其中，αsub为基体热膨胀系数，αsub为陶瓷层的热膨胀系数；tfree为无应力状态温度，为涂层的制备态温度；tref为参考温度，即开展室温压缩试验时的环境温度。
18、进一步地，所述步骤4中，虑及氧化、热循环及高温烧结损伤的热障涂层非线性累积损伤模型表示如下：
19、1-d＝(1-dox)(1-dcyc)(1-dsint)
20、其中，dox为氧化损伤，dcyc为循环损伤，dsint为烧结损伤。
21、进一步地，所述步骤4中，氧化损伤模型表示如下：
22、
23、其中，hk和m为模型参数，hox是不同氧化时间下对应的氧化层厚度，h0是氧化层初始厚度，ddox为氧化损伤微分，dhox为氧化层厚度微分；
24、循环损伤模型表示如下：
25、
26、其中，n是循环次数，b，δεk和c是模型参数,δε0m是粘结层应变范围，ddcyc为循环损伤微分，dn为循环次数微分；
27、烧结损伤模型表示如下：
28、
29、其中，和a是模型参数，etc是陶瓷层弹性模量，是制备态陶瓷层弹性模量，ddsint为烧结损伤微分，detc为弹性模量微分。
30、本专利技术与现有技术相比的有益效果在于：本专利技术通过3d-dic技术获取室温压缩试验后的临界压缩应变，针对不同失效模式建立界面损伤表征模型，结合加载条件建立虑及多损伤影响因素的非线性累积损伤模型。该模型充分反应失效机理、考虑多失效影响因素，从而降低误差提高精度。目前相关技术未见报道，本专利技术弥补了相关研究不足。
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1.一种考虑多失效因素的热障涂层损伤模型建立方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种考虑多失效因素的热障涂层损伤模型建立方法，其特征在于：所述步骤3中，室温压缩试验件采用圆泡型屈曲损伤表征模型，表示如下：
3.根据权利要求1所述的一种考虑多失效因素的热障涂层损伤模型建立方法，其特征在于：所述步骤4中，虑及氧化、热循环及高温烧结损伤的热障涂层非线性累积损伤模型表示如下：
4.根据权利要求1所述的一种考虑多失效因素的热障涂层损伤模型建立方法，其特征在于：所述步骤4中，氧化损伤模型表示如下：
【技术特征摘要】
1.一种考虑多失效因素的热障涂层损伤模型建立方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种考虑多失效因素的热障涂层损伤模型建立方法，其特征在于：所述步骤3中，室温压缩试验件采用圆泡型屈曲损伤表征模型，表示如下：
3.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡殿印，吕正哲，刘海燕，王荣桥，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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