【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及热障涂层建模和热应力分析，具体涉及一种基于真实结构的热障涂层有限元模型建模方法及热应力分析方法。
技术介绍
1、随着航空航天的发展，发动机的燃烧温度越来越高，为了让发动机内的部件在高温条件下正常使用，发动机内的部件表面常制备热障涂层，随着制备有热障涂层的发动机内的部件服役时间增长，由于热障涂层体系(即：热障涂层、粘结层和基底层，基底层也就是发动机内的部件)中的应力过大导致发动机内的部件上热障涂层裂开脱落失效。
2、热障涂层脱落导致发动机内的部件直接暴露在高温环境中，加速发动机内的部件的老化、变形甚至熔化，不仅对发动机的性能和使用寿命产生严重影响，甚至可能引发严重的安全事故，脱落的热障涂层碎片可能会进入发动机内部，对旋转部件如涡轮叶片等造成冲击和损伤，从而增加发动机故障发生的概率和导致性能下降，因此，在制备有热障涂层的发动机内的部件服役前，预测热障涂层的使用寿命至关重要。
3、目前，常通过模拟使用状态下热障涂层体系的状态建模计算热障涂层体系的热应力，从而指导热障涂层体系的结构设计，预测热障涂层的使用寿命，但是通过模拟使用状态下热障涂层体系的状态建模计算热障涂层体系的热应力时，常忽略了实际的热障涂层体系的微观结构，如微观孔隙、杂质等，导致热障涂层有限元模型不精准，从而导致计算的热障涂层的热应力值误差较大，导致对热障涂层的失效点判断有误，导致对热障涂层的使用寿命预测有误。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种基于
2、本专利技术所采用的技术方案如下：一种基于真实结构的热障涂层有限元模型建模方法，包括以下步骤：
3、s1：制备热障涂层体系样本；
4、s2：处理热障涂层体系样本，得到标出热障涂层体系样本中缺陷、孔隙和杂质的热障涂层体系样本微观结构矢量图；
5、s3：导入和设置热障涂层体系微观结构矢量图，得到标出缺陷、孔隙和杂质的热障涂层体系样本微观结构有限元模型。
6、作为本专利技术优选的实施方式，s1包括以下步骤：
7、s101：准备热障涂层材料、粘结层材料和基底层材料，将热障涂层材料和粘结层材料加工成粉末状；
8、s102：对基底层材料表面清洁和预处理；
9、s103：分别将熔化的粘结层材料粉末和熔化的热障涂层材料依次喷射到基底层材料表面，热障涂层材料、粘结层材料和基底层材料构成热障涂层体系样本一；
10、s104：对热障涂层体系样本一切割，得到多份表面依次为热障涂层材料、粘结层材料和基底层材料的热障涂层体系样本二；
11、s105：对热障涂层体系样二本清洗和烘干。
12、作为本专利技术优选的实施方式，s101包括以下步骤：
13、s1011：准备热障涂层材料、粘结层材料和基底层材料，将热障涂层材料和粘结层材料加工成粉末状，热障涂层材料粉体粒径为10μm～80μm，球形度大于99％，粘结层材料粉体粒径为30μm～90μm，球形度大于99％。
14、作为本专利技术优选的实施方式，s103包括以下步骤：
15、s1031：分别将粘结层材料粉末和热障涂层材料粉末加热至熔化，通过大气等离子喷涂工艺，先将熔化的粘结层材料粉末喷涂到基底层材料表面，静置风干，再将熔化的热障涂层材料喷射到带有粘结层材料的基底层材料表面，得到热障涂层材料、粘结层材料和基底层材料构成热障涂层体系样本一，每次喷涂时，喷射厚度为0.1mm～0.3mm，喷涂功率为20kw～60kw，喷涂距离为50mm～150mm，喷枪移动速度为100mm/s～1000mm/s，氢气流量为5splm～10splm，氩气流量为20splm～60splm，氦气流量为0splm～60slpm。
16、作为本专利技术优选的实施方式，s2包括以下步骤：
17、s201：热障涂层体系样本二放置在显微分析仪器下，调整放大倍数至100～500倍观察热障涂层体系样本二形貌特征区域；
18、s202：通过显微分析仪器对热障涂层体系样本二形貌特征区域拍照并保存为jpg格式的图片文件，得到热障涂层体系样本二微观结构图片；
19、s203：对热障涂层体系样本二微观结构图片矢量化处理，得到标出热障涂层体系样本中缺陷、空隙和杂质，且为dxf格式的热障涂层体系样本二微观结构矢量图。
20、作为本专利技术优选的实施方式，s203包括以下步骤：
21、s2031：热障涂层体系样本二微观结构图片导入图像处理软件中，调整热障涂层体系样本二微观结构图片的大小和清晰度，设置宽高分辨率分别为600dpi～1200dpi；
22、s2032：通过图像处理软件识别热障涂层体系样本二微观结构图画面，热障涂层体系样本二微观结构图中孔隙、杂质和微观结构各自成片，并形成包含线条和轮廓的矢量分区；
23、s2033：再次处理热障涂层体系样本二微观结构图矢量分区，得到线条连续、轮廓平滑的矢量分区；
24、s2034：热障涂层体系样本二微观结构图格式由jpg格式转换为dxf格式的热障涂层体系样本二微观结构矢量图。
25、作为本专利技术优选的实施方式，s3包括以下步骤：
26、s301：热障涂层体系样本二微观结构矢量图导入有限元软件中，设置几何容差范围为0.0001mm～0.001mm；
27、s302：再次修复指定容差范围内的矢量分区，移除短边、尖角、点，得到由线条围合且轮廓平滑的矢量分区；
28、s303：对热障涂层体系样本二微观结构矢量图离散化处理，得到标出缺陷、孔隙和杂质的热障涂层体系样本二微观结构有限元模型。
29、作为本专利技术优选的实施方式，s303包括以下步骤：
30、s3031:根据热障涂层体系微观结构矢量图中缺陷、孔隙和杂质的大小设定网格大小，最大网格单元边长小于5μm，最小单元边长大于0.1μm，得到标出缺陷、孔隙和杂质的热障涂层体系样本二微观结构有限元模型。
31、本专利技术的目的之二在于提供一种基于真实结构的热障涂层热应力分析方法，包括上文所述的基于真实结构的热障涂层有限元模型建模方法，还包括以下步骤：
32、a1：选择力学和热学模型描述热应力问题；
33、a2：设置温度边界条件，热障涂层材料表面温度为1000℃～1400℃，基底层材料温度为700℃～1000℃，设置力学边界条件，基底层完全固定；
34、a3：定义热障涂层体系中各层的材料属性，并根据对应的材料属性定义材料参数，设置材料参数随温度变化，材料参数包括热导率、密度、热容、热膨胀系数、杨氏模量、泊松比；
35、a4：选择瞬态求解器，设置求解时本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于真实结构的热障涂层有限元模型建模方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于真实结构的热障涂层有限元模型建模方法，其特征在于：S1包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于真实结构的热障涂层有限元模型建模方法，其特征在于：S101包括以下步骤：
4.根据权利要求2所述的基于真实结构的热障涂层有限元模型建模方法，其特征在于：S103包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的基于真实结构的热障涂层有限元模型建模方法，其特征在于：S2包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的基于真实结构的热障涂层有限元模型建模方法，其特征在于：S203包括以下步骤：
7.根据权利要求1所述的基于真实结构的热障涂层有限元模型建模方法，其特征在于：S3包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的基于真实结构的热障涂层有限元模型建模方法，其特征在于：S303包括以下步骤：
9.一种基于真实结构的热障涂层热应力分析方法，其特征在于：包括权利要求1至7任一所述的基于真实结构的热障涂层有限元模型
10.根据权利要求9所述的基于真实结构的热障涂层热应力分析方法，其特征在于：A1包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于真实结构的热障涂层有限元模型建模方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于真实结构的热障涂层有限元模型建模方法，其特征在于：s1包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于真实结构的热障涂层有限元模型建模方法，其特征在于：s101包括以下步骤：
4.根据权利要求2所述的基于真实结构的热障涂层有限元模型建模方法，其特征在于：s103包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的基于真实结构的热障涂层有限元模型建模方法，其特征在于：s2包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的基...
【专利技术属性】
技术研发人员：种晓宇，陆天龙，干梦迪，何京津，冯晶，李祖来，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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