[发明专利]一种滤及元素扩散的涂层失效分析方法、装置及设备

说明书

本发明涉及界面物质属性传递计算领域，特别公开了一种滤及元素扩散的涂层失效分析方法、装置、设备及计算机可读存储介质，通过接收元素扩散边界条件；所述元素扩散边界条件包括扩散系数、边界浓度、温度及热暴露时间；根据所述元素扩散边界条件，确定目标元素浓度；根据所述目标元素浓度，通过预存的耦合元素浓度的界面强度退化函数，确定目标结合强度；将所述目标结合强度输入受试热障涂层的有限元模型中，使所述有限元模型根据所述目标结合强度及预设的边界条件输出对应的损伤参量。本发明通过所述元素扩散边界条件对所述目标元素浓度进行实时计算，为长时高温服役环境下的涂层的界面强度评估提供更精准的预测，提高涂层失效分析的准确率。

技术领域

本发明涉及界面物质属性传递计算领域，特别是涉及一种滤及元素扩散的涂层失效分析方法、装置、设备及计算机可读存储介质。

背景技术

热障涂层广泛的应用于现代航空发动机的热端部件中，以延长部件的使用寿命和热效率。然而，在长时、高温服役过程中，由于界面元素扩散导致其附近材料的Al元素出现贫化效应，使得界面氧化产物由致密均质向疏松多孔结构转变，致使其界面结合强度呈现出元素浓度相关的退化行为，导致涂层的界面强度储备系数下降。然而，目前商业有限元软件所提供的界面内聚力模型较为简单，无法描述热障涂层在高温服役过程中由于元素扩散导致的界面强度退化行为，无法保证涂层在长时服役过程中始终具有足够的界面强度储备系数，严重影响其安全使用。

因此，为弥补上述技术的不足，需要开发一种能够同时考虑界面元素扩散影响的涂层界面结合强度计算方法，实现涂层在长时高温服役环境下界面强度储备系数及失效条件的精准预测，为其安全可靠使用提供技术支撑。

发明内容

本发明的目的是提供一种滤及元素扩散的涂层失效分析方法、装置、设备及计算机可读存储介质，以解决现有技术中涂层失效分析准确度不足的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种滤及元素扩散的涂层失效分析方法，包括：

接收元素扩散边界条件；所述元素扩散边界条件包括扩散系数、边界浓度、温度及热暴露时间；

根据所述元素扩散边界条件，确定目标元素浓度；

根据所述目标元素浓度，通过预存的耦合元素浓度的界面强度退化函数，确定目标结合强度；

将所述目标结合强度输入受试热障涂层的有限元模型中，使所述有限元模型根据所述目标结合强度及预设的边界条件输出对应的损伤参量。

可选地，在所述的滤及元素扩散的涂层失效分析方法中，所述根据所述元素扩散边界条件，确定目标元素浓度包括：

根据所述元素扩散边界条件，通过菲克第二定律，确定目标元素浓度。

可选地，在所述的滤及元素扩散的涂层失效分析方法中，在得到所述损伤参量之后，还包括：

根据所述损伤参量及所述有限元模型，得到可视化结果。

可选地，在所述的滤及元素扩散的涂层失效分析方法中，所述有限元模型沿厚度方向依次包括陶瓷层、氧化层、粘结层及基体层；

相邻的层的接触区域沿厚度方向网格加密。

可选地，在所述的滤及元素扩散的涂层失效分析方法中，所述有限元模型的各个层的凹凸不平处的积分点均具备对应的局部坐标系，所述局部坐标系的Y轴方向为层的界面法线方向，所述将所述目标结合强度输入受试热障涂层的有限元模型中，使所述有限元模型根据所述目标结合强度及预设的边界条件输出对应的损伤参量：

将所述目标结合强度输入受试热障涂层的有限元模型中，使所述有限元模型根据所述目标结合强度及预设的边界条件，通过所述局部坐标系进行坐标变换，并输出对应的损伤参量。

一种滤及元素扩散的涂层失效分析装置，包括：