热障涂层高温多孔塑性本构模型

热障涂层广泛应用于燃气轮机和航空发动机叶片上，主要对高温合金叶片进行热防护和冲蚀防护。热障涂层对提高发动机的寿命、热效率、发动机的推重比以及提高能源利用率具有至关重要的价值，是燃气轮机和航空发动机的关键技术之一。热障涂层中存在大量孔穴，涂层在高温下表现出良好的塑性及粘性性质，适用于多孔塑性理论。本课题拟建立一种适用于高温环境下热障涂层的多孔塑性模型，用以描述热障涂层在高温环境下材料塑性变形性质和孔穴演化规律。APS涂层为片状层结构而EB-PVD涂层为柱状晶结构，两种涂层微结构差别显著，为此我们针对两种涂层的微结构分别建立简化的分析模型，进而推导出对应两种涂层的多孔塑性本构模型的理论框架，通过实验和数值模拟校核模型参数。本研究可为研究高温下热障涂层的塑性变形及失效提供理论基础。

热障涂层系统为燃气轮机和航空发动机高温部件提供热防护，对发动机的寿命、热效率和推重比至关重要，是燃气轮机和航空发动机的关键技术之一。主要研究了高温环境下热障涂层的多孔塑性模型，通过研究热障涂层在高温环境下材料塑性变形性质和孔穴演化规律，进而预测热障涂层材料宏观性质。.1、研究了陶瓷烧结对大气等离子喷涂热障涂层界面裂纹的影响。基于陶瓷层密度的演化规律，改进弹粘塑性力热耦合本构模型。数值分析了烧结和混合氧化物生长对界面裂纹的影响。结果表明，粘塑性减缓了界面裂纹扩展，但对起裂无显著影响。高孔隙率和低混合氧化物生长速率有助于减缓界面裂纹萌生和扩展。.2、分析了涂层微结构对涂层宏观材料性质的影响。基于喷涂陶瓷层的片状层结构，建立了考虑片状层结构方式的细观模型，分析了片状层形貌、结合率对陶瓷层宏观各向异性性质的影响。.3、实现了涂层强度双轴测试。将双轴实验推广到热障涂层系统中。分析了几何参数、测试件接触区域的摩擦和损伤以及基底材料的塑性变形对测试结果的影响,获取了实验设计的基本要素。为涂层强度双轴测试提供了保证。 .4、给出了循环温度载荷下TGO蠕变对陶瓷层材料断裂脱层的影响。通过数值方法分析了氧化层蠕变行为对涂层失效的影响，探索了TGO位移失稳对陶瓷层应力分布和裂纹尖端能量释放率的影响。.5、给出界面损伤对热障涂层热应力的影响。通过热障涂层系统在稳态梯度温度场下进行了热应力分析，得到了界面损伤造成的界面热阻对整体涂层系统传热和应力分布的影响。发现当界面热阻阻值较大时会加速涂层的剥落失效。. 本课题对深入理解热障涂层的材料力学行为提供了帮助。