[发明专利]一种带热障涂层的圆管的热疲劳寿命预测方法

说明书

技术领域

本发明属于航空航天推进理论与工程及其相关的技术领域，具体涉及一种带热障涂层的圆管的热疲劳寿命预测方法。

背景技术

热障涂层一般由金属粘结层和隔热陶瓷层组成。热障涂层的失效是由于在粘结层/陶瓷层界面处的热生长氧化层与金属基体之间界面的破坏造成的。

热障涂层寿命预测研究起始于上世纪80年代，最初由美国NASA的Lewis中心建立了一个适用于试验室条件的唯象学模型。近年来，在热障涂层的寿命预测方面，主要以基于材料缺陷尺度、损伤力学和断裂力学(如预埋主裂纹)的方法进行研究，不过，所取得的成果与实际工程应用还存在一定的距离。以下总结了热障涂层基于唯象学、缺陷尺度、以及损伤力学的热疲劳寿命预测模型。

1基于唯象学的寿命模型

根据参考文献1：Demasi，J.T.，Sheffler，K.D.，Ortiz，M.Thermal Barrier Coating LifePrediction Model Development[R].NASA-CR-182230，1989可知基于唯象学的热障涂层热寿命预测模型为：

其中，Δε_i为危险点的弹性应变范围，δ为任意时刻的氧化层厚度，δ_c为临界氧化层(TGO)厚度，Δε_f、b为模型参数。Δε_f0、δ_c、b、c四个参数需通过对基线试验数据的非线性回归获得。

唯象学模型的不足之处在于需要大量试验数据的支持，并且在S.M.Meier及其同事的研究报告里应用此模型时，没能明确给出所选取的控制参量与涂层失效之间的内在联系。

2基于缺陷尺度的寿命模型

根据参考文献2：A.G.Evans，D.R.Mumm，J.W.Hutchinson，et al.Mechanisms Controllingthe Durability of Thermal Barrier Coatings[J].Progress in Materials Science，2001，46：505-553，参考文献3：A.G.Evans，M.Y.He，J.W.Hutchinson.Mechanics-Based Scaling Laws for theDurability of Thermal Barrier Coatings[J].Progress in Materials Science，2001，46：249-271和参考文献4M.Y.He，A.G.，Evans，J.W.Hutchinson.The Ratcheting of Compressed Thermally GrownThin Films on Ductile Substrates[J].Acta Metallurgica，2000，48：2593-2601可知，基于缺陷尺度的热障涂层热疲劳寿命模型：

Nf≈2π(1-υ2)d3/2K⊥cE(dΔR/dN)L---(2)]]>

其中，ε_g为热生长应变，R和h分别为微缺陷特征尺度和TGO厚度，Δ_R为法向位移。